汽輪發(fā)電機(jī)組保護(hù)(ETS保護(hù))是火電廠設(shè)備保護(hù)的重要組成部分，作為高轉(zhuǎn)速設(shè)備，汽輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行牽一發(fā)而動(dòng)全身。目前，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的保護(hù)主要涉及轉(zhuǎn)速、位移、溫度以及輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀況幾個(gè)方面。而在汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)之間，汽輪機(jī)和鍋爐之間(單元制機(jī)組)也設(shè)計(jì)有保護(hù)，我們著重探討一下汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的保護(hù)，也就是所謂的“機(jī)跳電”和“電跳機(jī)”保護(hù)。
先說(shuō)電跳機(jī)，這個(gè)原理很簡(jiǎn)單，在發(fā)電機(jī)主保護(hù)動(dòng)作之后，電氣側(cè)會(huì)發(fā)信號(hào)至汽輪機(jī)ETS保護(hù)系統(tǒng)，觸發(fā)ETS保護(hù)動(dòng)作，汽輪機(jī)主汽門(mén)和調(diào)門(mén)關(guān)閉，汽輪機(jī)跳閘。其中發(fā)電機(jī)主保護(hù)包括失磁、失步、定子接地等，這些保護(hù)動(dòng)作之后，都會(huì)將動(dòng)作信號(hào)通過(guò)統(tǒng)一的通道發(fā)至汽輪機(jī)側(cè)，從而觸發(fā)汽輪機(jī)保護(hù)動(dòng)作。如果大家仔細(xì)觀察過(guò)自己的保護(hù)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，ETS保護(hù)動(dòng)作信號(hào)同樣會(huì)觸發(fā)發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，所以我們會(huì)看到汽輪機(jī)跳閘時(shí)，ETS保護(hù)動(dòng)作畫(huà)面中發(fā)電機(jī)主保護(hù)動(dòng)作信號(hào)也會(huì)觸發(fā)，只不過(guò)首出不是它而已。
不過(guò)，這個(gè)過(guò)程在很多人眼里存在爭(zhēng)議，很多人反對(duì)ETS保護(hù)動(dòng)作信號(hào)觸發(fā)發(fā)電機(jī)保護(hù)，從而解列發(fā)電機(jī)。我們重新梳理這個(gè)過(guò)程，ETS保護(hù)動(dòng)作之后，信號(hào)一路到了電氣側(cè)去解列發(fā)電機(jī)，一路到了汽機(jī)側(cè)去關(guān)閉主汽門(mén)、調(diào)門(mén)、抽汽逆止門(mén)等，單元制機(jī)組也回來(lái)傳到鍋爐側(cè)。
這樣就會(huì)有一個(gè)問(wèn)題，解列發(fā)電機(jī)的過(guò)程是純電信號(hào)在傳輸，而關(guān)閉主汽門(mén)等除了電信號(hào)作用到電磁閥以外，還需要泄去建立起的油壓或者氣壓，相關(guān)閥門(mén)機(jī)械部分動(dòng)作從而關(guān)閉。這樣就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，電信號(hào)傳輸肯定是要優(yōu)先于其它的，這樣在發(fā)電機(jī)解列的時(shí)候，可能主汽門(mén)、調(diào)門(mén)或者逆止門(mén)尚未關(guān)閉，甚至出現(xiàn)卡澀的情況。這樣在甩負(fù)荷之后，仍然有進(jìn)汽，汽輪機(jī)出現(xiàn)超速甚至飛車(chē)。
我最近就遇到這樣一起事故，雖然事故原因暫時(shí)不能判斷是否是進(jìn)汽門(mén)或者抽汽門(mén)關(guān)閉遲緩造成，但是ETS動(dòng)作直接解列發(fā)電機(jī)理論上的確存在汽輪機(jī)超速的可能。這里必須要提到我們的甩負(fù)荷試驗(yàn)，甩負(fù)荷試驗(yàn)過(guò)程中，我們是不打閘汽輪機(jī)的，轉(zhuǎn)速在飛升到OPC動(dòng)作轉(zhuǎn)速的時(shí)候，關(guān)閉調(diào)門(mén)和逆止門(mén)，等到轉(zhuǎn)速恢復(fù)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，調(diào)門(mén)重新打開(kāi)。一般我們做甩負(fù)荷試驗(yàn)，首先是做50%甩你負(fù)荷，在轉(zhuǎn)速飛升不超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的105%的情況下，再做100%甩負(fù)荷試驗(yàn)。
從我最近遇到的事故分析，事故過(guò)程中主汽門(mén)和調(diào)門(mén)都是關(guān)閉的，抽汽逆止門(mén)也正常關(guān)閉，轉(zhuǎn)速仍然飛升超過(guò)110%。這里面有兩個(gè)方面的原因，一個(gè)是某個(gè)進(jìn)汽門(mén)或者抽汽門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)，造成甩負(fù)荷后仍然進(jìn)汽，從而超速；另一個(gè)是該汽輪機(jī)本身設(shè)計(jì)存在缺陷，無(wú)法達(dá)到甩負(fù)荷時(shí)的安全需要。由于該汽輪機(jī)是新機(jī)型，正常甩負(fù)荷試驗(yàn)也未做，所以暫時(shí)無(wú)法判斷具體原因。單從事故期間的曲線(xiàn)判斷，各進(jìn)汽門(mén)和抽汽門(mén)的關(guān)閉都正常，所以汽輪機(jī)本身缺陷也是值得思考的部分。
這期間，有人提出ETS保護(hù)動(dòng)作信號(hào)不應(yīng)該直接解列發(fā)電機(jī)，應(yīng)使用主汽門(mén)關(guān)閉信號(hào)和程序逆功率保護(hù)信號(hào)解列發(fā)電機(jī)。我詢(xún)問(wèn)了一些大的集團(tuán)公司，包括電科院和設(shè)計(jì)院，的確有一些機(jī)組是這樣的設(shè)計(jì)，但是目前國(guó)內(nèi)主流的設(shè)計(jì)還是ETS保護(hù)動(dòng)作直接解列發(fā)電機(jī)，在電力質(zhì)監(jiān)的時(shí)候也是這樣的要求，這個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)該經(jīng)得起考驗(yàn)。
這里需要普及一下，什么是程序逆功率保護(hù)？所謂程序逆功率保護(hù)，是指電氣保護(hù)裝置檢測(cè)實(shí)際功率達(dá)到功率額定值-1%，且主汽門(mén)關(guān)閉信號(hào)來(lái)，延時(shí)1s，解列發(fā)電機(jī)。與之相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)名詞是逆功率保護(hù)，當(dāng)電氣保護(hù)裝置檢測(cè)到發(fā)電機(jī)負(fù)荷達(dá)到額定值-1%時(shí)，延時(shí)60S，解列發(fā)電機(jī)。這兩個(gè)保護(hù)差了兩個(gè)字，意義也有兩個(gè)不同。程序逆功率保護(hù)需要主汽門(mén)關(guān)閉信號(hào)來(lái)，延時(shí)時(shí)間短，而逆功率保護(hù)不需要主汽門(mén)關(guān)閉信號(hào)，延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)。在一定程度上，逆功率保護(hù)是程序逆功率時(shí)間上的延伸。不過(guò)，仔細(xì)分析的話(huà)，程序逆功率是為了保護(hù)發(fā)電機(jī)，避免發(fā)電機(jī)變電動(dòng)機(jī)。而逆功率保護(hù)，則是為了保護(hù)汽輪機(jī)。
我們可以詳細(xì)解釋一下這個(gè)過(guò)程，正常情況下汽輪機(jī)在蒸汽推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功，功率的流向是由汽輪機(jī)指向發(fā)電機(jī)的。而當(dāng)主汽門(mén)突然關(guān)閉，汽輪機(jī)失去新蒸汽，且發(fā)電機(jī)未解列的情況下，發(fā)電機(jī)就變成電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，功率的流向就由發(fā)電機(jī)向汽輪機(jī)，也就是從電網(wǎng)上吸收功率。由于沒(méi)有蒸汽流入汽輪機(jī)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將會(huì)使內(nèi)部形成嚴(yán)重的鼓風(fēng)摩擦，容易造成葉片過(guò)熱變形，尤其會(huì)使末級(jí)葉片受到嚴(yán)重?fù)p害。
所以，逆功率保護(hù)存在的情況下，可以減少汽輪機(jī)免受鼓風(fēng)摩擦之苦。在二十五項(xiàng)反措中，也有相關(guān)規(guī)定，“機(jī)組停機(jī)時(shí)，應(yīng)先將發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功功率減至零，檢查確認(rèn)有功功率到零，電能表停轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)以后，再將發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列，或采用汽輪機(jī)手動(dòng)打閘或鍋爐手動(dòng)主燃料跳閘聯(lián)跳汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作解列。嚴(yán)禁帶負(fù)荷解列。”
這個(gè)規(guī)定，不同的人會(huì)有不同的解讀，有人認(rèn)為這個(gè)規(guī)定是給機(jī)組正常停運(yùn)用的，也有人認(rèn)為異常停機(jī)也應(yīng)該遵守。如果異常停機(jī)也應(yīng)該遵守，那么ETS動(dòng)作直接解列發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)就明顯違反規(guī)定。不過(guò)，目前我看到的情況是，很多設(shè)計(jì)都是ETS動(dòng)作直接解列發(fā)電機(jī)。
使用逆功率或者程序逆功率解列發(fā)電機(jī)還是ETS直接解列發(fā)電機(jī)，一個(gè)有可能對(duì)葉片造成損傷，一個(gè)有可能造成飛車(chē)。兩者權(quán)衡取其輕，但是兩者都不輕。我曾經(jīng)有過(guò)一個(gè)設(shè)想，就是設(shè)備廠家需要給出發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)在逆功率情況下多長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)造成損害，只要能計(jì)算出這個(gè)時(shí)間，我們就可以設(shè)置逆功率保護(hù)的延時(shí)動(dòng)作時(shí)間，問(wèn)題也可以迎刃而解。不過(guò)，一般的汽輪機(jī)廠很難給出這個(gè)時(shí)間，純粹的理論推算需要綜合多個(gè)方面的因素，一些金屬材質(zhì)不好的機(jī)組也有可能幾秒鐘就會(huì)致命損害。
關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，希望大家多多留言，給出自己的看法。
作者：貓 不捉老鼠(電力工程師，熱控專(zhuān)業(yè)，對(duì)DEH、CCS、DCS研究較多)
