发变组保护与ETS系统联系简述

发变组保护与ETS系统联系简述

方振思

（大唐国际发电股份有限公司下花园发电厂河北张家口075300）

摘要：火力发电厂有着两个重要保护系统，分别为发变组保护系统和ETS系统（汽轮机跳闸保护系统），分属继电保护专业和热工专业。发变组保护系统为保护发电机和主变设备，ETS系统为保护汽轮机设备。两个系统看似相互独立，但又存在相互配合、联动的关系。本文重点介绍“机跳电”功能里的逆功率和程序跳闸逆功率取舍优化，使发变组保护与ETS系统更好的进行配合从而起到保护设备作用。

关键词：发变组保护；逆功率；程序跳闸逆功率

1引言

火力发电厂有着两个重要保护系统，分别为发变组保护系统和ETS系统（汽轮机跳闸保护系统），分属继电保护专业和热工专业。发变组保护系统为保护发电机和主变设备，ETS系统为保护汽轮机设备。两个系统看似相互独立，但实质之间存在相互配合、联动关系。

发变组保护系统根据采集TA（电流互感器）、TV（电压互感器）转变的二次值从而判断所保护设备是否存在故障。ETS系统根据现场传感器、变送器等检测设备通过逻辑判断从而判断所保护设备是否存在故障。根据各自特点，造成两个保护系统自身保护设备范围不一样，但是当某设备出现问题时不进行配合动作，将造成电厂整体的安全稳定运行，所以两者之间必然存在着联系，相互配合。

2现场运用

某发电厂发电机容量为200MW，汽轮机为超高压中间再热三缸三排汽冷凝式，继电保护专业发变组保护使用深瑞PRS785、四方CSC200双套保护装置，配备发电机、变压器自身的电量和非电量保护，热工专业ETS系统使用日立H5000M装置实现汽轮机保护功能。两保护系统之间联系上可分为三种，分别为“电跳机”、“机跳电”、“直跳保护”。

2.1电跳机

“电跳机”实质：发电机或主变压器故障造成出口断路器跳闸，通过DCS系统跳开汽轮机。当发变组任一个电气量或非电气量保护动作后需发送“电气保护动作”信号量送至DCS系统，DCS系统的ETS经逻辑判断后关闭汽轮机主汽门。

动作逻辑：发变组保护通常由两个电气量保护柜（保护A柜、保护B柜）和一个非电气量柜（保护C柜）组成。各个保护柜经设定出口矩阵，将需要动作出口关闭汽轮机主汽门阀的保护汇集，通过出口压板送至DCS系统。通常将保护A柜和保护B、C柜为分为两路信号送入ETS系统的两块DI板件内，ETS系统经逻辑判断“二取一”后出口关闭汽轮机主汽门。逻辑关系如图1所示。

图1电跳机逻辑图

2.2机跳电

“机跳电”实质：汽轮机或锅炉故障造成主汽门阀关闭，通过逆功率保护或程序逆功率跳发电机。当汽轮机主汽门关闭后，发电机从系统吸收有功变为电动机运行，逆功率保护动作后送“逆功率动作”信号量送至DCS系统，与上“主汽门关闭”信号经ETS逻辑判断后再送回发变组保护经“热工保护”压板跳出口断路器。

动作逻辑：发变组保护双套逆功率保护动作后，分送“A柜逆功率动作”和“B柜逆功率动作”信号量送至DCS系统，与上从就地主汽门阀“四选二”节点组成逻辑判断，经ETS柜判断“三取二”后再送回发变组保护C柜，最终经“热工保护”压板跳出口断路器。逻辑关系如图2所示。

图2机跳电逻辑图

2.3直跳保护

直跳保护：包含热工保护和断水保护，直跳保护连入发变组保护C柜（非电量保护）直接进行保护跳闸动作，发变组保护装置需具备满足达到5W大功率继电器进行外部开入启动。

“热工保护”实质：ETS系统的“机跳电”出口方式，上节中已进行叙述，其主要是配合使用。保护逻辑图如图2所示。

“断水保护”实质：ETS系统通过三台差压式内冷水流量变送器监测到发电机冷却水达到断水定值经延时29S，通过电气保护柜经延时1S直跳发电机出口断路器。保护逻辑图如图3所示。

图3断水保护逻辑图

3机跳电优化

上述“机跳电”保护方案为通过逆功率保护实现，也可通过程序跳闸逆功率保护实现，在实际运用中，两种保护看似一致，但动作原理和逻辑却存在差异，应注意两者联系和区别。

3.1逆功率和程序跳闸逆功率原理

逆功率保护是汽轮机突然停机，作为汽轮机叶片风损过热保护之用，其输入量为机端TV二次电压及发电机TA二次电流，当发电机吸收有功功率时动作。保护逻辑如图4所示，它是由逆功率继电器组成，保护设两段时限，第一段时限作用于信号，在DCS系统里与上“关主汽门”信号组成机跳电逻辑；第二段时限（延时定值较长，180S）作用于解列灭磁。因此，逆功率保护能够确切地反应功率反方向的异常工况，及时发出信号，在允许的时间内自动停机。

图4逆功率保护动作逻辑

程序跳闸逆功率保护是避免发电机组带负荷解列引起汽轮机超速、飞车损坏，其动作方式一是当发变组在非短路故障的异常运行方式保护动作后，二是当汽轮机或锅炉故障连锁停机，三是正常手动停机方式，首先迅速向热工ETS发出“关闭主汽门”的指令，主汽门关闭辅助节点返回与发电机程序跳闸逆功率整定值构成与门，两个条件均满足即可确认汽轮机主汽门已经关闭。经一短暂延时，出口于全停。程跳逆功率保护逻辑如图5所示。

图5程跳逆功率保护动作逻辑

3.2逆功率和程序跳闸逆功率实行方式的优缺点

逆功率方式缺点：一是逆功率方案逻辑判断在DCS系统实现，逆功率信号又送入DCS系统导致故障点增多，ETS系统一旦出现故障或死机情况将造成保护拒动；二是只有ETS系统内的主汽门关闭四选二后输出一路跳闸信号到发变组保护柜，可靠性差，也存在拒动现象。

程序跳闸逆功率方式优点：一是程序跳闸逆功率方案逻辑判断在发变组保护系统实现，从就地汽轮机主汽门增加四路“关主汽门”信号硬接线直接送至1个保护柜，当一路拒动时，另一路仍能起到保护作用；二是取消热工保护，避免两个保护系统联系过于冗余复杂，使得保护回路简单化。

3.3方案更改

综上所述确定更改保护方案，将原“逆功率保护”优化为“程序跳闸逆功率”。原发变组保护的“逆功率保护”不仅实行“电跳机”功能，还同时实行“机跳电”功能，新增“程序跳闸逆功率”后将在发变组保护侧一一对应热工ETS系统的保护功能，“逆功率保护”对应“电跳机”功能，“程序跳闸逆功率”对应“机跳电”功能。

优化方案为：汽轮机跳闸，就地主汽门阀全关信号节点取两路，

其中一路通过硬接线送至ETS机柜，经ETS逻辑判断后，再通过硬接线送至发变组保护A柜。另一路通过四根硬接线直接送至发变组保护B柜，由发变组保护柜进行“四选二”判断，两路信号均进入发变组保护的电气程序逆功率逻辑判断后跳出口断路器，同时取消送至发变组C柜的“热工保护”。逻辑关系如图6所示。

图6优化后动作逻辑

结束语：

本文简要介绍了继电保护和热工保护主设备保护之间的主要联系，主要介绍了“机跳电”功能里的逆功率和程序跳闸逆功率两个保护取舍优化，使发变组保护与ETS系统更好的进行配合，从而起到保护设备的作用。除此之外，热工保护和继电保护之间仍有一些反馈信号和SOE记录在此文中未进行介绍。在发电厂中对设备的保护是一个重要的安全措施，如何梳理专业之间联系，以及对专业自身保护进行取舍是一个重要的研究方向和课题，结合专业各自要求进行完善和灵活的技术优化改进，使电厂运行能起到安全稳定的作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准DL.400-91.继电保护和安全自动装置技术规程[M].北京：中国电力出版社.

[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M]北京：中国电力出版社.

[3]中国大唐集团公司提高火电厂主设备热工保护及自动装置可靠性指导意见安生〔2009〕66号.