從電氣角度淺談1000MW發(fā)電機組甩負荷試驗

 1 上海漕涇電廠電氣主系統(tǒng)概況介紹
上海漕涇電廠2×1000MW發(fā)電機組工程由華東電力設計院設計，采用發(fā)電機-變壓器組單元制接線，經(jīng)主變升壓至500kV，電廠以500kV電壓接入電網(wǎng)系統(tǒng)。發(fā)電機出口裝設發(fā)電機斷路器（GCB），額定電壓為27kV。500kV升壓站采用3/2斷路器接線，配有兩回發(fā)電機變壓器進線、一回01號高備變出線及兩回線路。每臺機組配置兩臺高壓廠用工作變壓器，機組的廠用電配置四段6kV母線，其備用電源均由01號高備變提供，正常情況下全廠廠用電通過主變、高廠變降壓提供，只有當主變、高廠變檢修或者事故跳閘時才切換到01號高備變供電。
發(fā)電機自動控制同期系統(tǒng)共配置三個同期點，其中一個同期點為發(fā)電機出口斷路器GCB，另外兩個同期點分別為主變接入500kV升壓站的兩個斷路器LCB1和LCB2；這種配置方式可以既可以讓發(fā)電機直接啟動并網(wǎng)，也可以滿足發(fā)電機進入“孤島運行”方式后的快速并網(wǎng)，大大減少了因電網(wǎng)故障導致停機的概率，縮短了停電時間，提高了機組的效率。
“孤島運行”方式，是指當電網(wǎng)崩潰或者輸電線路發(fā)生故障時，發(fā)電機與主變能及時與電網(wǎng)解列，此時全廠廠用電由發(fā)電機自己供給；一旦故障點切除，可使整個電網(wǎng)供電得以迅速恢復。為了達到這一目標，需要發(fā)電機組具有FCB（Fast Cut Back快速減負荷）功能。
2 FCB試驗介紹
FCB試驗是檢驗發(fā)電機組能否穩(wěn)定于孤島運行方式的重要試驗。試驗在發(fā)電機額定負荷下進行，人為斷開發(fā)電機變壓器組與電網(wǎng)的連接（LCB1和LCB2），檢查發(fā)電機帶廠用電穩(wěn)定運行，要求做到鍋爐不停爐、不超壓，汽輪機不停機、不超速，發(fā)電機不滅磁、不過電壓。
由于此項試驗具有一定的危險性，當試驗失敗時，機電爐全部跳閘，廠用電完全失去，會影響到機組的安全停機。因此，我們在調(diào)試過程中一般先進行發(fā)電機組的甩負荷試驗，待確認汽輪機和鍋爐的性能均能滿足100%甩負荷試驗的要求后再進行FCB試驗。
3 發(fā)電機甩負荷試驗
3.1 甩負荷試驗與FCB試驗比較 甩負荷試驗與FCB試驗最大的不同在于，甩負荷試驗斷開的是發(fā)電機出口斷路器GCB，試驗過程中廠用電并不進行廠用電切換，仍然由電網(wǎng)通過主變、高廠變降壓供給，避免了試驗失敗后全廠停電事故的發(fā)生。
3.2 1號機組50%甩負荷試驗 按照《汽輪機甩負荷試驗導則》要求，先進行50%甩負荷試驗，作為100%甩負荷試驗的預備性試驗。
2010年1月17日，進行1號機組50%額定負荷（即500MW）甩負荷試驗。試驗開始前，解除了“橫向大聯(lián)鎖”保護，并派專人分別監(jiān)視發(fā)電機轉(zhuǎn)速和出口電壓，如果發(fā)生超速或者過電壓則立即撳下“緊急跳機”按鈕；調(diào)試總指揮發(fā)令，試驗正式開始，人為斷開發(fā)電機出口斷路器GCB后，檢查發(fā)現(xiàn)機電爐均運行正常，發(fā)電機出口電壓也穩(wěn)定在額定電壓27kV。本次50%甩負荷試驗成功。
3.3 1號機組100%甩負荷試驗 2010年1月22日，按照同樣方法又進行了1號機組100%甩負荷（即1000MW）試驗。人為斷開發(fā)電機出口斷路器GCB后，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機出口電壓在短暫的升高后滅磁開關(guān)動作滅磁，發(fā)電機電壓衰減到零；此時機爐設備均運行正常。
電氣專業(yè)技術(shù)人員在發(fā)電機保護屏上檢查，保護裝置上僅顯示“AVR保護動作”一盞LED燈亮，據(jù)此我們判斷此次跳機是由于AVR保護動作引起的；可是再檢查AVR勵磁裝置，卻沒有顯示內(nèi)部故障或保護動作，只顯示外部保護動作聯(lián)跳AVR。兩側(cè)的保護裝置和AVR裝置均顯示外部跳閘，究竟哪一套是正確的呢？按照常規(guī)的經(jīng)驗我們無法做出判斷。經(jīng)過和AVR勵磁裝置廠家工代、發(fā)電機保護裝置廠家工代反復討論，仍然確定不了故障發(fā)生的原因。
由于1000MW發(fā)電機組甩負荷試驗對電網(wǎng)上的負荷裕量要求太大，電網(wǎng)無法安排我們長時間或者多次的進行此項試驗，因此只能暫時擱下此疑問，盡快安排發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電。此問題作為一個懸案待到2號機組甩負荷試驗時再行判斷。也因為這次100%甩負荷試驗的不成功，導致無法立即進行1號機組FCB試驗。
3.4 2號機組甩負荷試驗 2號機組的兩次甩負荷試驗分別于2010年2月6日和3月28日進行。試驗結(jié)果與1號機組一模一樣：50%甩負荷試驗發(fā)電機電壓維持正常，試驗成功；但100%甩負荷試驗時滅磁開關(guān)再次跳閘，發(fā)電機電壓衰減到零，試驗失敗。
與1號機組不同的是，這次2號機組100%甩負荷試驗時，不光發(fā)電機保護裝置仍然發(fā)“AVR保護動作”報警信號，而且AVR勵磁裝置上顯示出“crowbar failed”報警信號。
經(jīng)過查閱AVR勵磁裝置的用戶手冊發(fā)現(xiàn)，此“crowbar failed”信號的含義為“跨接器失靈”，此報警是由于AVR在滅磁過程中，跨接器檢測不到電流而引起的；此“crowbar failed跨接器失靈”信號其實是在滅磁開關(guān)跳閘后動作的；據(jù)此判斷本次跳閘的起因并不在AVR裝置。我們把目光聚焦到發(fā)電機保護裝置上。
通過筆記本電腦連接發(fā)電機保護管理機，仔細檢查發(fā)電機保護裝置事件記錄：發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機開關(guān)GCB跳閘后，最先啟動的保護并不是“AVR保護動作”，而是“發(fā)電機開關(guān)GCB閃絡保護”；由于發(fā)電機保護裝置上的LED沒有點亮，因此導致了事故原因的誤判。檢查“發(fā)電機開關(guān)GCB閃絡保護”的邏輯和定值，發(fā)現(xiàn)判據(jù)為發(fā)電機開關(guān)GCB分閘同時負序電流大于7.5%額定電流時，延時0秒保護出口跳閘。
至此，可以推斷出發(fā)電機保護動作的原因：由于此次甩負荷試驗是人為拉開發(fā)電機出口斷路器GCB，在開關(guān)拉開的瞬間三相電流不可能同時滅弧，必然產(chǎn)生負序電流；由于100%甩負荷試驗時初始電流比較大，產(chǎn)生的負序電流也大過了保護定值，引起了發(fā)電機保護動作，聯(lián)跳發(fā)電機滅磁開關(guān)；根據(jù)保護配置，滅磁開關(guān)跳閘后必然再返跳發(fā)電機保護，因此發(fā)電機保護上收到“AVR保護動作”信號。
此時再詳細檢查發(fā)電機保護裝置，發(fā)現(xiàn)廠家內(nèi)部LED燈定義有問題：新的保護動作必然覆蓋掉前一次保護動作，這導致了實際動作過程中先動作的“閃絡保護”動作的LED燈被后來動作的“AVR保護動作”給覆蓋，影響了所有人的判斷。此問題最終交由發(fā)電機廠家工代負責解決。