零功率保护在REG670中的实现及定值整定

0 引言 大型发电厂由于送出线路故障使功率无法送出，机组突然甩负荷，过剩的能量使汽轮发电机组加
速，对机组热力及电气系统造成冲击。此时，如果厂用电系统不能正确切换，对机组、设备的安全也会产 生巨大的影响； 如果机组保护动作不正确，同样可能会产生严重后果，因此，有必要采取相应的技术措施 加以应对。
铜陵电厂六期 2 × 1000MW 机组分两期建设，第一台#5 机组 1 × 1000MW 机组电气接线方式为发变 线接线，主接线方式薄弱。考虑发生电网故障或高压侧断路器跳闸，功率送不出的情况，为防止汽轮发 电机组突然甩负荷，使汽轮机组超速、发电机组过电压、锅炉水位急聚波动等，造成对热力及电气系统的 影响严重，而且《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中第九条明确指出： 要防止汽轮机超速 和轴系断裂事故，故#5 机组装设发电机零功率保护。由于专用零功率切机保护装置投资大，维护量同 时增大，故零功率保护放在发变组里面实现，可以缩短投资、减轻设备维护量。
（ 2） 零功率低值考虑发电机功率突降为零后，电流互
感器二次电流有一个衰减过程，形成不平衡输出功率，分
析表明最大不平衡输出功率在第一周波内约为额定功率
的 5% ，一般以发电机组厂用电作为参考值并有一定的欲
度，取 Pset． 2 = （ 8% － 10% ） PN ； （ 3） t1 具体取值应该与 RB 工况中的发电机减负荷速
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安徽电气工程职业技术学院学报
第十七卷 第一期
特征量，通过判断发电机机端有功功率在短时间内从一高值降至一低值且频率突变量达到设定定值，同 时考虑在正常情况下或非零功率故障情况下零功率保护不误动，增加部分闭锁条件。 1 逻辑设计与原理分析
铜陵电厂#5 机组为 1000MW 大型发电机组，主接线方式薄弱。考虑到发电机组突然甩负荷可能性 大，造成对机组的影响，故设计时考虑到了零功率保护，但是由于发变组保护装置 REG670 不能实现对 于功率突变量的保护，通过对于 REG670 保护装置的研究及相关资料的了解，特设计出能实现零功率保 护的逻辑（ 如图 1） 。
压模块，U2 为负序电压，U2 ＞ 为负序过电压模块； T 为时间，t1 为瞬时启动延时返回时间定值，T1 为瞬时启动 延时返回时间模块，t2 为延时起动瞬时返回时间定值，T2 为延时起动瞬时返回时间模块； MTVC 为主汽门接点 位置； ≥1 为或门，＆ 为与门。
零功率保护的主要判据包括两个方面，即功率突降和频率突增，反映在零功率保护逻辑图里面就
炉负荷曲线，曲线 4 为 RB 指令） 。从图中明显看出，RB 工况发生后，锅炉负荷在很短时间（ 约 20s） 内
降低至一半，实际发电机负荷下降速率比锅炉负荷慢多了。t1 应该根据调试期间实际数据确定，小于 RB 工况中发电机减负荷的时间，以确保保护动作的可靠性与灵敏性；
( ) （
4）
Δf Δt
＞
的取值应考虑到调速器的作用，ΔΔft
是： 1） 发电机机端功率突然从 P ＞ Pset． 1 在 t1 时间内降低至低值 0 ＜ P ＜ Pset． 2 ； 2） 机组频率 f 升高，ΔΔft ＞ 增
( ) 大至定值
Δf Δt
＞
。考虑零功率保护逻辑时设置 P ＞ Pset． 1 ，这是因为当机组输出功率小于 Pset． 1 时即使
set
（ 3） 程序跳闸： 在主汽门关闭，主变高压侧断路器断开前，模块不动作，且主汽门关闭接点闭锁，保
护可靠不动作。
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（ 4） 发电机组故障： 发电机相间故障、匝间故障、定子绕组接地、转子接地等，0 ＜ P ＜ Pset． 2 元件不动 作，还有 U1 ＜ 、U2 ＞ 等闭锁条件，均保证保护不误动作。
方向过功率保护
PDOP，32
实现；
0
＜
P
＜百度文库
Pset． 2 通过
GUP
模块，即方向低功率保护
PDUP，32
实现；
Δf Δt
通过
RCF 模块，即频率变化率保护 PFRC，81 实现； U2 ＞ 、U1 ＜ 通过 GF 模块，即通用电流和电压保护 GAPC 实现； T1 、T2 、T3 模块通过 TM，即延时 Timer 功能模块实现（ 如图 2） 。 3 定值整定与动作情况分析
（ 5） 发电机逆功率，ΔΔft ＞ 元件、P ＞ Pset． 1 元件、0 ＜ P ＜ Pset． 2 元件均不动作，保护不出口。 （ 6） TA 或 TV 断线： TA 断线时，ΔΔft 元件不动作，保护不出口； TV 断线时，由于 RCF 等模块均有 TV 断线检测能力，闭锁出口，保护不出口。 4 结论 对大功率交流送出系统，出现送出系统全停时，发电机主开关未跳开的情况会有发生，发电机过电 压，汽轮机超速，机组从超压、超频演变为低频过程，甚至可能出现频率摆动过程，对汽轮机叶片也有伤 害，这样装设发电机零功率保护来判断发电机组功率不能送出的工况是比较重要的。 通过对设计零功率保护逻辑的原理分析和对于零功率保护定值整定介绍，此逻辑能实现发电机零 功率保护，实现对发电机突然甩负荷零功率状态的可靠、灵敏且有效的保护。在送出线路发生异常时， 电厂侧可以采取零功率保护，确保发电机组在系统输送通道故障的情况下能安全可靠停机。
可靠动作出口，反之，保护被 P ＞ Pset． 1 高定值模块返回并可靠闭锁。 （ 2） 发电机正常开、停机情况： 当发电机有功功率从零开始上升时，功率低值 0 ＜ P ＜ Pset． 2 与功率高
值 P ＞ Pset． 1 不能同时动作，功率逻辑不动作，且其他元件均不动作，保护不出口。当发电机有功功率从 大功率降低时，功率高值 P ＞ Pset． 1 与功率低值 0 ＜ P ＜ Pset． 2 同样不能同时动作，功率逻辑不动作，且其他 元件均不动作，同样保护不出口。
第十七卷 第一期
安徽电气工程职业技术学院学报
2012 年 3 月
Vol． 17，No． 1 JOURNAL OF ANHUI ELECTRICAL ENGINEERING PROFESSIONAL TECHNIQUE COLLEGE March 2012
零功率保护在 REG670 中的实现及定值整定
叶朋珍
（ 皖能铜陵发电公司，安徽 铜陵 244012）
摘 要： 零功率保护在大型发电机组中作为汽轮机超速、发电机过电压、锅炉等热力系统的保 护，主要利用功率与频率突变量作为特征量，判断零功率状况，出口迅速切换厂用电及停机。 由于 REG670 保护装置不能实现对功率突变量的检测，在对 REG670 研究后，结合铜陵电厂实 际情况，优化相关零功率保护逻辑设计，并简要介绍零功率保护的定值整定情况。 关键词： 零功率保护； 超速； 过电压； REG670； 定值整定 中图分类号： TM771 文献标识码： A 文章编号： 1672-9706（ 2012） 01-0051-04
对于定值整定部分，一般根据机组实际情况，与发电机负荷正常调节、发电机甩负荷（ RB） 、主变高
压侧断路器重合闸、系统振荡等工况相配合。定值整定可以参考如下几点：
（ 1） 零功率高值 Pset． 1 整定，一般以机组快速减负荷（ RB） 工况有功功率的一半为参考值，一般可取 Pset． 1 = （ 20% － 30% ） PN（ PN 为发电机额定功率） ；
图 1 零功率保护逻辑图
图 1 中的 P 为发电机功率，Pset． 1为过功率定值，P ＞ Pset． 1为过功率模块，Pset． 2 为低功率定值，0 ＜ P ＜ Pset． 2 为 低功率模块； f 为发电机频率，ΔΔft ＞ 为频率变化率保护模块； U 为发电机电压，U1 为正序电压，U1 ＜ 为正序低电
发生发电机功率突然降低为零时，对相关热力设备并不构成安全威胁，设置 0 ＜ P ＜ Pset． 2 是因为发电机 一次功率突然降低至零，考虑二次功率并不突然降低为零，而且 P ＞ 0 可防止振荡时误动，发电机零功
率突然降低为零时，三相处于对称状态，无负序电压，因此可用负序电压闭锁，高压侧三相电压对称性升
发电机零功率保护主要利用发电机有功功率（ 或主变高压侧有功功率） 突变量和频率突变量作为
收稿日期： 2011-11-21 作者简介： 叶朋珍（ 1983-） ，男，安徽太湖人，助理工程师，从事发电厂继电保护工作。
Tel： 13865629154 E － mail： ypzabc2008@ 163． com
（ 6） U2 ＞ 元件按照躲过负序不平衡电压整定，一般取（ U2 ＞ ） set = （ 6% － 8% ） UN。 通过对优化的零功率保护逻辑定值进行正确的整定后，可以得到如下动作情况的分析：
（ 1） 零功率情况： 当发电机有功功率从功率高值 P ＞ Pset． 1 突然下降到功率低值 0 ＜ P ＜ Pset． 2 时，P ＞ Pset． 1 功率高定值模块瞬时动作延时 t1 后返回，如果发电机有功功率从 P ＞ Pset． 1 功率高定值降到 0 ＜ P ＜ Pset． 2 功 率低值的下降时间小于 t1 时，0 ＜ P ＜ Pset． 2 功率低值模块动作，功率模块动作，ΔΔft ＞ 元件同时动作，保护装置
＞ 元件应该有较高的灵敏度，一般取
Δf Δt
＞
= （ 0． 3 －
set
0． 2） （ Hz / s） ，发电机功率突变为零后，机组频率先是上升，而后在调速器作用下开始下降，甚至可能出
现频率摆动现象，故ΔΔtf ＞ 元件的方向可以整定为双向的动作值；
（ 5） U1 ＜ 元件取非故障情况下机端可能存在的电压最低值，一般取为（ U1 ＜ ） set = （ 80% － 85% ） UN （ UN 为发电机机端额定电压） ；
率时间相配合，当 RB 发生时，虽然锅炉甩负荷速率很快，
但是由于协调控制系统切换为 TF（ 汽机跟随） 方式，机组
强制保持滑压运行，实际发电机输出功率甩负荷的速率并
不是很大，故时间可以适当取的稍微大点（ 如图 3 为铜陵
图 3 RB 工况发电机负荷变化曲线
电厂#5 机组某次 RB 工况中的负荷曲线，曲线 1 为发电机负荷曲线，曲线 2 为主蒸汽压力，曲线 3 为锅
高不会降低，当低于某一值时可作为闭锁判据，主汽门关闭接点 MTVC 作为主汽门关闭时防止误动的
闭锁判据。
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图 2 REG670 零功率保护逻辑
叶朋珍： 零功率保护在 REG670 中的实现及定值整定
2 逻辑的实现
在设计的逻辑中，通过 REG670 中的几个模块就可以实现零功率保护，P ＞ Pset． 1 通过 GOP 模块，即
Zero-power Protection Realization in REG670 and the Value of Setting
YE Peng-zhen
（ Wenergy Tongling Power Generation Co． ，Ltd． ，Tongling 244012，China） Abstract： In a large generator units as steam turbine over speed，generators over voltage，boilers and other heating system protection，zero-power protection mainly uses the power and frequency mutations as characteristic quantities，judging zero-power status，and export quickly switching auxiliary power and generator outage． As REG670 protection devices can not achieve the detection of power mutation amount， after the study of REG670，combined with the actual situation of Tongling Power Plant，some related zero-power protection logic design is optimized，and the value of setting of the zero-power protection is described briefly． Key words： zero-power protection； over speed； over voltage； REG670； the value of setting