CN107465255A - 一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种汽轮发电机组事故启用厂用电方法及系统，一旦汽轮机事故停机，无论电气保护(逆功率、程序逆功率)是否动作，立即无延时发出启动厂用电切换指令。所述的切换方法，包括如下步骤：步骤101)汽轮发电机组并网时因故障导致汽轮机跳闸，汽轮机控制系统发出停机信号给电气系统后进入步骤102)；步骤102)电气系统中的发变组保护装置收到汽轮机停机信号后，不经延时立即向厂用电快切装置发出启动厂用电切换命令，并进入步骤103)；步骤103)厂用电切换装置收到发变组保护装置发出的启动切换命令后，在厂用电切换条件满足的情况下，先发出合备用电源开关指令，再经延时发出跳工作电源开关指令，完成厂用电并联切换。

Description

一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法及系统
技术领域
本发明属于大型汽轮发电机组继电保护技术领域，涉及汽轮发电机组电气非严重故障以及锅炉、汽轮机故障停机时启动厂用电切换系统和方法，具体为一种汽轮发电机组事故启用厂用电方法及系统。
背景技术
目前大型汽轮发电机组在非电气严重故障(指的是不需要电气保护动作立即跳发电机出口断路器的故障)以及锅炉、汽轮机故障停机时，采用的是发变组保护中的程序逆功率保护动作启动厂用电切换的方法，这种方法实现的厂用电切换方式一般称为事故串联切换。
大型汽轮发电机组正常运行时通过高厂变自带厂用电，驱动众多厂用辅机运行。在事故跳机时，为保证机组安全停机，厂用电要切换到备用电源。为此，需要通过发变组保护装置发出启动厂用电切换指令，由快切装置及时将厂用电从工作电源切换到备用电源。在这个切换过程中，快切装置采用的是串联切换方式。串联切换方式见图1，串联切换过程中，工作电源开关QF1和备用电源开关QF2“先分后合”，厂用电短时失电，厂用负荷电流短时中断，部分对电源质量要求较高、比较敏感的、要求不能间断供电的负荷有可能跳闸。这种切换方式下，工作电源进线开关QF1先分闸，然后备用电源进线开关QF2再合闸，厂用电源母线存在切换过程存在短暂的电流断流过程(200ms～900ms)，见图2。根据以往事故切换情况来看，采用串联切换方式进行切换，发生过变频器报故障跳闸、低压交流接触器跳闸、电动门报失电故障等问题，干扰了运行人员停机操作，对机组安全停机带来负面影响。
机组在正常启停过程中也要进行厂用电切换，采用的是并联切换方式，见图3。并联切换过程中，备用电源开关QF2和工作电源开关QF1“先合后分”，厂用电不失电，厂用负荷电流不中断，对厂用负荷几乎没影响，安全性高。如果在机组事故跳闸时的厂用电切换过程中也能采用并联切换方式，则厂用电不间断，不影响厂用辅机的运行，无疑对机组安全性有好处。实现厂用电并联的关键，在于能够在电气保护动作跳开厂用电源开关QF1前，启动厂用电切换，合上备用电源开关QF2。但是目前发电厂在非电气严重故障以及锅炉、汽轮机故障停机时，采取的办法是先关主汽门，待发电机逆功率条件满足后，触发发电机程序逆功率保护经延时动作，在发出跳厂用工作电源开关QF1的同时，发出启动厂用电切换指令。这样就只能实现厂用电源开关QF1跳闸在先，备用电源开关QF2合闸在后的串联切换方式。
还有一种事故情况，当运行中机组并网断路器并未分闸但功率输出通道中断的(如送出线路对侧变电站母差跳闸的情况)，此时除非设计有孤岛运行功能的机组外，一般机组往往无法长时间运行，将在坚持一段时间后因锅炉超温超压等原因导致锅炉灭火、汽机跳机。由于非机组本身故障，机组无任何电气保护动作，而电气系统与外网中断，发电机不会有逆功率出现，逆功率保护不会动作，导致没有电气保护动作停机，无法发出启动厂用电切换指令。此时发电机自带厂用电运行，随着汽轮机原动力失去，机组进入墯走，厂用电系统电压下降、频率衰减，只有厂用电压低于低电压定值(<30％)时，才会触发快切装置启动厂用电切换。由于厂用电压下降较多，对辅机已有严重影响，部分辅机已经跳闸，未跳闸的辅机转速下降，严重影响机组安全。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种汽轮发电机组事故启用厂用电方法及系统，一旦汽轮机事故停机，无论电气保护(逆功率、程序逆功率)是否动作，立即无延时发出启动厂用电切换指令。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法，包括如下步骤：
步骤101)汽轮发电机组并网时因故障导致汽轮机跳闸，汽轮机控制系统发出停机信号给电气系统后进入步骤102)；
步骤102)电气系统中的发变组保护装置收到汽轮机停机信号后，不经延时立即向厂用电快切装置发出启动厂用电切换命令，并进入步骤103)；
步骤103)厂用电切换装置收到发变组保护装置发出的启动切换命令后，在厂用电切换条件满足的情况下，先发出合备用电源开关指令，再经延时发出跳工作电源开关指令，完成厂用电并联切换。
优选的，所述步骤101)中的故障包括立即动作并跳发电机开关的严重电气故障、不立即跳发电机开关的电气非严重故障、锅炉熄火停机故障和汽轮机停机故障中的一种或多种故障的组合。
优选的，所述步骤102)汽轮机停机信号包括主汽门关闭信号、汽轮机跳闸命令和汽轮机EH油压降低信号中的一种或多种信号的组合。
优选的，所述步骤101)汽轮机控制系统发出停机信号后，直接将该停机信号发送至步骤103)厂用电切换装置，步骤102)中电气系统的发变组保护装置用于停机信号的中继以及故障状态的记录。
一种利用本发明所述汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法的汽轮发电机组事故启动厂用电切换系统，包括，
用于提供汽轮机停机信号的汽轮机主汽门位置触点和汽轮机控制系统；汽轮机控制系统根据采集到的汽轮机跳闸命令或汽轮机EH油压降低信号或从主汽门位置触点采集到的主汽门关闭信号，发送停机信号；
用于实现汽轮机停机信号中继和记录的发变组保护装置；
用于接收启动切换命令控制厂用电开关的厂用电切换装置；所述的启动切换命令为由发变组保护装置中继的停机信号；
用于分合闸执行机构的厂用电工作电源开关和厂用电备用电源开关。
优选的，所述汽轮机主汽门位置触点包括一个或多个主汽门位置组合触点；所述发变组保护装置包括发变组保护A屏或发变组保护B屏或发变组非电量保护C屏；所述厂用电切换装置根据工作电源和备用电源的电压及电流信号，判断厂用电切换是否满足条件，并在满足条件的前提下按照预先设定方式启动工作电源开关和备用电源开关之间的切换。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过汽轮机控制系统，在汽轮机跳闸时直接向厂用电切换装置发送停机信号，从而能够在事故停机过程中提前启动了厂用电切换的时机。因为目前发电厂在非电气严重故障以及锅炉、汽轮机故障停机时，发电机程序逆功率保护动作要在汽机停机(主汽门关闭)后经1秒延时动作，因此汽机停机时，发电机出口断路器还在合闸状态，高压厂用变压器仍未失电。此时启动厂用电切换，能够实现先合备用电源开关QF2、后分工作电源开关QF1的并联切换方式。与现有汽轮发电机组非电气严重故障以及锅炉、汽轮机故障停机时采用的程序逆功率保护动作启动厂用电切换的方法相比，本发明改变了事故停机时的厂用电切换方式，将电源切换过程对厂用负荷的影响降低到零，提高厂用电的安全性。
进一步，对于机组并网断路器合闸时功率输出通道中断的事故情况，当汽机无法维持稳定运行跳机时，由汽机跳机信号去立即启动厂用电切换。与现有的发电机逆功率保护因为条件不满足不会动作，由发电机自带厂用电墯走，直到厂用电电压、频率衰减到事故残压阶段才由快切装置自行启动切换的方法相比，本发明能够在发电机电压、频率较为正常的时候进行厂用电切换，其切换成功率大大提高，厂用辅机受到的影响也小，最大程度地保证了厂用电安全性。
进一步，本发明在事故停机过程中提前启动了厂用电切换的时机，这对于机组不会带来任何不良后果。因为在正常停机时，也是在停机前先将厂用电切换到备用电源后才进行停机操作的，厂用电切换是必须进行的一个保证厂用电安全的程序；而在事故时，切换厂用电的时间越早越好。本发明针对的是正常运行中的机组突然发生事故导致停机的情况，通过主汽门关闭信号直接启动厂用电的切换，从而能够保证在汽机停机后才进行切换，不存在汽机停机而发电机继续运行的情况，不会带来任何不良后果。
进一步，本发明不需要增加额外的设备，可以通过修改电气保护装置的软件逻辑和定值实现，也可通过修改DCS的逻辑来实现，还可以通过电气非电量保护来实现，成本几乎可以忽略不计，简单易行。
进一步，本发明已在实际项目现场实施应用，根据项目发电厂故障录波及DCS记录的波形及数据可以表明，采用主汽门关闭信号启动快切的方法，成功实现了事故状态下的厂用并联切换。
附图说明
图1为现有技术中发电厂厂用电串联切换示意图。
图2为现有技术中发电厂厂用电串联切换波形图
图3为现有技术中发电厂厂用电并联切换示意图。
图4为现有技术中发电厂非电气故障厂用电切换程序逆功率保护逻辑图。
图5为本发明一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法流程图。
图6为本发明一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换系统图。
图7为本发明一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换逻辑图。
图中：1-主汽门关闭触点；2-汽轮机控制系统；3-发变组保护装置；4-厂用电切换装置；5-厂用电工作电源开关；6-厂用电备用电源开关。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，串联切换过程中，工作电源开关QF1和备用电源开关QF2“先分后合”，厂用电短时失电，厂用负荷电流短时中断，部分对电源质量要求较高、比较敏感的、要求不能间断供电的负荷有可能跳闸。这种切换方式下，工作电源进线开关QF1先分闸，然后备用电源进线开关QF2再合闸。
如图2所示，采用图1所示厂用电串联切换方法导致厂用电源母线存在切换过程存在短暂的电流断流过程(200ms～900ms)，同时易发生变频器报故障跳闸、低压交流接触器跳闸、电动门报失电故障等问题，干扰了运行人员停机操作，对机组安全停机带来负面影响。
如图3所示，并联切换过程中，备用电源开关QF2和工作电源开关QF1“先合后分”，厂用电不失电，厂用负荷电流不中断，对厂用负荷几乎没影响，安全性高。如果在机组事故跳闸时的厂用电切换过程中也能采用并联切换方式，则厂用电不间断，不影响厂用辅机的运行，无疑对机组安全性有好处。实现厂用电并联的关键，在于能够在电气保护动作跳开厂用电源开关QF1前，启动厂用电切换，合上备用电源开关QF2。
如图4所示，目前发电厂在非电气严重故障以及锅炉、汽轮机故障停机时，采取的办法是先关主汽门，待发电机逆功率条件满足后(包括主汽门位置接点、逆功率元件动作、功率保护软压板投入、程序逆功率投跳闸、功率保护硬压板投入)，触发发电机程序逆功率保护经延时动作，完成厂用电串联切换方式，跳发电机励磁开关以及发电机出口相关断路器。
本发明一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法，在汽轮发电机组因为某种故障(严重电气故障，电气非严重故障，或锅炉、汽轮机故障)导致汽轮机跳闸，将汽机停机信号送给电气系统；电气系统收到汽机停机信号后，无延时向厂用电切换装置发出启动切换命令；切换装置收到命令，判断厂用电切换的条件满足后，先发出合备用电源开关的指令，再经延时发出跳工作电源开关的指令。
具体的如图5所示，一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法，特别涉及汽轮发电机组电气非严重故障以及锅炉、汽轮机故障停机时启动厂用电切换方法，所述方法包括如下步骤：
步骤101)汽轮发电机组并网时因故障导致汽轮机跳闸，汽轮机控制系统发出停机信号给电气系统后进入步骤102)；
步骤102)电气系统发变组保护装置收到汽轮机停机信号，不经延时立即向厂用电快切装置发出启动厂用电切换命令，并进入步骤103)；
步骤103)厂用电切换装置收到电气系统发变组保护装置发出的启动切换命令后，在厂用电切换条件满足的情况下，先发出合备用电源开关指令，再经延时发出跳工作电源开关指令，完成厂用电并联切换。
本实施例中，所述步骤101)中故障包括立即动作并跳发电机开关的严重电气故障、不立即跳发电机开关的电气非严重故障、锅炉熄火停机故障和汽轮机停机故障中的一种或多种。
本实施例中，所述步骤102)汽轮机停机信号主要由主汽门关闭信号、汽轮机跳闸命令和汽轮机EH油压降低信号中的一种或多种信号的组合。本优选实例中以主汽门关闭信号为例进行如下的说明，并且主汽门关闭信号为最终的结果信号，最为可靠和直接；汽轮机跳闸命令和汽轮机EH油压降低信号均为过程信号，两者最终导致的结果还是主汽门关闭。
本实施例中，所述步骤101)汽轮机发出停机信号后，可直接将该停机信号发送至步骤103)厂用电切换装置，此时步骤102)电气系统发变组保护装置负责停机信号中继以及故障状态记录。
如图6所示，一种利用所述汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法的汽轮发电机组事故启动厂用电切换系统，该系统包括用于提供汽轮机停机信号的汽轮机主汽门关闭触点1和汽轮机控制系统2、用于实现汽轮机停机信号中继和记录的发变组保护装置3、用于接收发变组保护装置3发送的启动切换命令控制厂用电开关的厂用电切换装置4、用于分合闸执行机构厂用电工作电源开关5和厂用电备用电源开关6。
汽轮机控制系统2通过采集汽轮机跳闸命令或汽轮机EH油压降低信号或从主汽门位置触点1采集到的主汽门关闭信号，发送停机信号；发送停机信号通过发变组保护装置对停机信号的中继，将停机信号作为启动切换命令，直接发送到厂用电切换装置4，厂用电切换装置4在厂用电切换条件满足的情况下，启动厂用电切换；先发出合备用电源开关指令，再经延时发出跳工作电源开关指令，完成厂用电并联切换。其中，发变组保护装置不仅用于停机信号的中继，还用于故障状态的记录。厂用电切换装置4的输出端分别连接厂用电工作电源开关5和厂用电备用电源开关6。
本实施例中，所述汽轮机主汽门关闭触点1包括一个或多个主汽门位置组合触点，所述发变组保护装置3包括发变组保护A屏、或发变组保护B屏、或发变组非电量保护C屏，所述厂用电切换装置4根据工作电源和备用电源的电压、电流信号，判断厂用电切换是否满足条件，并在满足条件的前提下按照预先设定方式启动工作电源开关5和备用电源开关6之间的切换。
如图7所示，汽轮发电机组发生非电气故障时，或者是立即动作并跳发电机开关的严重电气故障和不立即跳发电机开关的电气非严重故障时，厂用电切换装置直接利用主汽门关闭信号启动厂用电快切，无需等待逆功率保护动作，在事故停机过程中提前启动了厂用电切换的时机，因为目前发电厂在非电气严重故障以及锅炉、汽轮机故障停机时，发电机程序逆功率保护动作要在汽机停机(主汽门关闭)后经1秒延时动作，因此汽机停机时，发电机出口断路器还在合闸状态，高压厂用变压器仍未失电。此时启动厂用电切换，能够实现先合备用电源开关QF2、后分工作电源开关QF1的并联切换方式。进一步提高厂用电切换成功率，减小对辅机的冲击。
本发明采用的方法，能够在机组出现故障汽轮机跳闸情况下，实现厂用电并联切换，避免了事故串联切换方式，有利于提高厂用电切换的成功率，减少切换过程对厂用辅机的影响，保证停机过程厂用电稳定性，保障机组实现安全停机。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤101)汽轮发电机组并网时因故障导致汽轮机跳闸，汽轮机控制系统发出停机信号给电气系统后进入步骤102)；
步骤102)电气系统中的发变组保护装置收到汽轮机停机信号后，不经延时立即向厂用电快切装置发出启动厂用电切换命令，并进入步骤103)；
步骤103)厂用电切换装置收到发变组保护装置发出的启动切换命令后，在厂用电切换条件满足的情况下，先发出合备用电源开关指令，再经延时发出跳工作电源开关指令，完成厂用电并联切换。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法，其特征在于，所述步骤101)中的故障包括立即动作并跳发电机开关的严重电气故障、不立即跳发电机开关的电气非严重故障、锅炉熄火停机故障和汽轮机停机故障中的一种或多种故障的组合。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法，其特征在于，所述步骤102)汽轮机停机信号包括主汽门关闭信号、汽轮机跳闸命令和汽轮机EH油压降低信号中的一种或多种信号的组合。
4.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法，其特征在于，所述步骤101)汽轮机控制系统发出停机信号后，直接将该停机信号发送至步骤103)厂用电切换装置，步骤102)中电气系统的发变组保护装置用于停机信号的中继以及故障状态的记录。
5.一种利用权利要求1所述汽轮发电机组事故启动厂用电切换方法的汽轮发电机组事故启动厂用电切换系统，其特征在于，包括，
用于提供汽轮机停机信号的汽轮机主汽门位置触点(1)和汽轮机控制系统(2)；汽轮机控制系统(2)根据采集到的汽轮机跳闸命令或汽轮机EH油压降低信号或从主汽门位置触点(1)采集到的主汽门关闭信号，发送停机信号；
用于实现汽轮机停机信号中继和记录的发变组保护装置(3)；
用于接收启动切换命令控制厂用电开关的厂用电切换装置(4)；所述的启动切换命令为由发变组保护装置(3)中继的停机信号；
用于分合闸执行机构的厂用电工作电源开关(5)和厂用电备用电源开关(6)。
6.根据权利要求5所述的一种汽轮发电机组事故启动厂用电切换系统，其特征在于，所述汽轮机主汽门位置触点(1)包括一个或多个主汽门位置组合触点；所述发变组保护装置(3)包括发变组保护A屏或发变组保护B屏或发变组非电量保护C屏；所述厂用电切换装置(4)根据工作电源和备用电源的电压及电流信号，判断厂用电切换是否满足条件，并在满足条件的前提下按照预先设定方式启动工作电源开关(5)和备用电源开关(6)之间的切换。
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