摘要：发电机组运行中突然甩负荷可引起汽轮机超速，某公司为了有效防止汽轮机超速事件的发生，利用停机检修机会加装发电机零功率保护。当发电机组甩负荷时，该装置能迅速动作，发出“关主汽门”及“跳灭磁开关”指令，有效预防汽轮机超速和发电机过压，极大提高发电机、汽轮机的运行可靠性。

    发电机组运行中突然甩负荷是引起汽轮机超速的主要原因之一。目前，在发电机组甩负荷后一般通过两种措施来保证汽轮机的安全：一是通过汽机调速系统（DEH系统）调节，快速降低汽轮机转速；二是在极端工况下，汽机调速系统未能及时控制住转速的提升时，则由汽轮机危急遮断系统（ETS系统）和机械超速保护动作关闭主汽门。但是，这两种措施均不能在机组突然甩负荷情况下对汽轮机提供完全可靠的保护。鉴于甩负荷在发电机组正常运行中无法避免，且大多数情况下都由电网系统故障引起，电厂侧无法掌控，为了在机组甩负荷情况下对汽轮机超速进行有效保护，一种新的电气量保护—零功率保护应运而生。发电机零功率保护又称为发电机低功率保护或主变正功率突降保护。当发电机组突然甩负荷或有功功率突然降得很低，或输电线路故障导致发电机无法输出功率时，发电机组会迅速升速、升压，使汽轮机超速、发电机变压器组过电压。此时该保护动作，关闭汽轮机主汽门（降低汽轮机转速），跳灭磁开关（降低发电机机端电压），启动厂用快切装置切换厂用电（保厂用电及辅机），并触发热控的机跳炉逻辑出口，引发锅炉MFT动作，保证机组安全。

    1 改造背景
    某公司一期为1台330MW亚临界燃煤机组及1条330kV出线。汽轮机为北重采用法国ALSTOM公司技术制造，型号为N330-17. 75/540/540，型式为亚临界、单轴、三缸、两排汽、一次中间再热的凝汽式汽轮机。发电机为北重配套的T255-460型发电机，额定容量为388. 2MVA，额定功率为330MW，最大连续输出功率为347. 1MW。主变为西电西变的SFP10-400000/330型变压器。本期工程预留二期另1台300MW级火电机组及1条DOW出线的场地。本期采用过渡电气接线方式，电气主接线采用发电机一变压器组一线路单元接线接入330kV系统（如图1所示），厂内330kV配电装置采用户外GIS开关，发变组、线路公用1台330kV开关（待二期工程加装母联开关及线路开关后改造为双母接线）。此种单机、单线的运行方式大大增加了机组甩负荷的风险。一旦线路故障跳闸或线路单相重合闸不成功沟通三跳，就会造成机组甩负荷。

    该工程自投产到零功率保护加装前共发生了两起机组甩负荷事件：一起为线路保护逻辑问题，线路单线故障时未启动单相重合闸而直接沟通三跳导致机组甩负荷；另一起为线路相间故障三相跳闸。两次甩负荷时汽轮机超速保护均正确动作，未对汽轮机造成损害。2011年安生〔2011〕38号《关于防止汽轮机损坏的反事故措施的实施意见》中明确要求“所有送出线路为同一走廊同杆并架的300MW及以上机组，必须加装零功率保护，以实现线路全停直接跳汽轮机功能。”该公司实际情况符合上述要求，于是利用机组停运检修机会加装了发电机零功率保护装置。

    2 改造方案的设计
    该公司发变组保护采用国电南自的GDGT801 B和GDGT801 E型数字式发电机变压器组保护装置，分A、B、 C三柜组屏。其中，A、 B柜为GDGT801 B型装置，为两套配置完全相同的双重化电气量保护；C柜为GDGT801 E型非电气量保护装置。每套装置分别采用双电源双CPU并行处理技术，保护压板和出口压板独立设置，状态指示和信号出口指示明确，保护配置灵活、设计合理，满足电力系统反事故措施要求。针对设备现状，该公司制定了两套改造方案。
    方案一：更换发变组保护装置。鉴于该公司保护装置型号太旧，无法在装置中通过软件升级实现零功率保护功能，需重新采购两套发变组电气量保护柜，将零功率保护集成在其中，对原有发变组保护A、 B柜进行整体更换。该方案的优点为零功率保护与其它电气量保护通过软件集成，可共用电流、电压采集通道及保护跳闸出口；同时对旧装置整体换型，可提高设备的可靠性。其缺点为供货周期长（设计及供货周期为3-4个月）；改造成本高；施工难度大、工期长，需拆除原装置所有电缆，并在新装置上重新接线，由于接线位置与原装置可能会有所不同，因此一旦电缆长度不够就需重新敷设。
    方案二：单独安装一套零功率保护装置。采购一套单独的零功率保护装置，安装于发变组保护C柜的空余安装位置，由其独立完成零功率保护的所有出口。该方案的优点为供货周期短（1～1.5个月）、施工工作量小、改造成本低。其缺点为发变组C柜空间有限，只能安装一套该装置，无法实现双重化配置，只能等原发变组保护装置使用寿命终结时进行整体更换以实现双重化配置；发电机机端及主变高压侧电流互感器无备用绕组，装置电流采集只能通过串进原有发变组保护柜的电流回路实现。这一方面增加了原有电流回路的负载；另一方面电流回路变长、接线端子增加，提高了潜在的故障点个数。

    3 方案的实施及效果
    由于停机检修时间短及改造成本原因，最终该公司选用了方案二进行此次改造，即选用国电南自SSD 546U型发电机零功率切机装置与原有发电组保护装置配套。该装置采用可伸缩的软硬件架构、大资源高速32位CPU系统器，具有极强的数据处理能力；配以大容量的RAM和Flash RAM，所有数据存人Flash RAM中，掉电后可保持；256MB的快速闪存可保存最多500次事件、256次故障录波报告；采用高性能的并行16位A/D转换器，测量精度极高：电压幅值误差≤±0.5%，电流幅值误差≤±1%，有功功率误差镇≤1%，频率误差簇±0．01 Hz，角度误差≤±1°。

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