汽輪發(fā)電機組保護(ETS保護)是火電廠設(shè)備保護的重要組成部分，作為高轉(zhuǎn)速設(shè)備，汽輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行牽一發(fā)而動全身。目前，汽輪機發(fā)電機組的保護主要涉及轉(zhuǎn)速、位移、溫度以及輔機設(shè)備運行狀況幾個方面。而在汽輪機和發(fā)電機之間，汽輪機和鍋爐之間(單元制機組)也設(shè)計有保護，我們著重探討一下汽輪機和發(fā)電機之間的保護，也就是所謂的“機跳電”和“電跳機”保護。
先說電跳機，這個原理很簡單，在發(fā)電機主保護動作之后，電氣側(cè)會發(fā)信號至汽輪機ETS保護系統(tǒng)，觸發(fā)ETS保護動作，汽輪機主汽門和調(diào)門關(guān)閉，汽輪機跳閘。其中發(fā)電機主保護包括失磁、失步、定子接地等，這些保護動作之后，都會將動作信號通過統(tǒng)一的通道發(fā)至汽輪機側(cè)，從而觸發(fā)汽輪機保護動作。如果大家仔細觀察過自己的保護系統(tǒng)就會發(fā)現(xiàn)，ETS保護動作信號同樣會觸發(fā)發(fā)電機保護動作信號，所以我們會看到汽輪機跳閘時，ETS保護動作畫面中發(fā)電機主保護動作信號也會觸發(fā)，只不過首出不是它而已。
不過，這個過程在很多人眼里存在爭議，很多人反對ETS保護動作信號觸發(fā)發(fā)電機保護，從而解列發(fā)電機。我們重新梳理這個過程，ETS保護動作之后，信號一路到了電氣側(cè)去解列發(fā)電機，一路到了汽機側(cè)去關(guān)閉主汽門、調(diào)門、抽汽逆止門等，單元制機組也回來傳到鍋爐側(cè)。
這樣就會有一個問題，解列發(fā)電機的過程是純電信號在傳輸，而關(guān)閉主汽門等除了電信號作用到電磁閥以外，還需要泄去建立起的油壓或者氣壓，相關(guān)閥門機械部分動作從而關(guān)閉。這樣就會出現(xiàn)一個問題，電信號傳輸肯定是要優(yōu)先于其它的，這樣在發(fā)電機解列的時候，可能主汽門、調(diào)門或者逆止門尚未關(guān)閉，甚至出現(xiàn)卡澀的情況。這樣在甩負荷之后，仍然有進汽，汽輪機出現(xiàn)超速甚至飛車。
我最近就遇到這樣一起事故，雖然事故原因暫時不能判斷是否是進汽門或者抽汽門關(guān)閉遲緩造成，但是ETS動作直接解列發(fā)電機理論上的確存在汽輪機超速的可能。這里必須要提到我們的甩負荷試驗，甩負荷試驗過程中，我們是不打閘汽輪機的，轉(zhuǎn)速在飛升到OPC動作轉(zhuǎn)速的時候，關(guān)閉調(diào)門和逆止門，等到轉(zhuǎn)速恢復(fù)到目標轉(zhuǎn)速，調(diào)門重新打開。一般我們做甩負荷試驗，首先是做50%甩你負荷，在轉(zhuǎn)速飛升不超過額定轉(zhuǎn)速的105%的情況下，再做100%甩負荷試驗。
從我最近遇到的事故分析，事故過程中主汽門和調(diào)門都是關(guān)閉的，抽汽逆止門也正常關(guān)閉，轉(zhuǎn)速仍然飛升超過110%。這里面有兩個方面的原因，一個是某個進汽門或者抽汽門關(guān)閉不嚴，造成甩負荷后仍然進汽，從而超速；另一個是該汽輪機本身設(shè)計存在缺陷，無法達到甩負荷時的安全需要。由于該汽輪機是新機型，正常甩負荷試驗也未做，所以暫時無法判斷具體原因。單從事故期間的曲線判斷，各進汽門和抽汽門的關(guān)閉都正常，所以汽輪機本身缺陷也是值得思考的部分。
這期間，有人提出ETS保護動作信號不應(yīng)該直接解列發(fā)電機，應(yīng)使用主汽門關(guān)閉信號和程序逆功率保護信號解列發(fā)電機。我詢問了一些大的集團公司，包括電科院和設(shè)計院，的確有一些機組是這樣的設(shè)計，但是目前國內(nèi)主流的設(shè)計還是ETS保護動作直接解列發(fā)電機，在電力質(zhì)監(jiān)的時候也是這樣的要求，這個設(shè)計應(yīng)該經(jīng)得起考驗。
這里需要普及一下，什么是程序逆功率保護？所謂程序逆功率保護，是指電氣保護裝置檢測實際功率達到功率額定值-1%，且主汽門關(guān)閉信號來，延時1s，解列發(fā)電機。與之相對應(yīng)的另一個名詞是逆功率保護，當電氣保護裝置檢測到發(fā)電機負荷達到額定值-1%時，延時60S，解列發(fā)電機。這兩個保護差了兩個字，意義也有兩個不同。程序逆功率保護需要主汽門關(guān)閉信號來，延時時間短，而逆功率保護不需要主汽門關(guān)閉信號，延時時間長。在一定程度上，逆功率保護是程序逆功率時間上的延伸。不過，仔細分析的話，程序逆功率是為了保護發(fā)電機，避免發(fā)電機變電動機。而逆功率保護，則是為了保護汽輪機。
我們可以詳細解釋一下這個過程，正常情況下汽輪機在蒸汽推動下旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機做功，功率的流向是由汽輪機指向發(fā)電機的。而當主汽門突然關(guān)閉，汽輪機失去新蒸汽，且發(fā)電機未解列的情況下，發(fā)電機就變成電動機，帶動汽輪機轉(zhuǎn)動，功率的流向就由發(fā)電機向汽輪機，也就是從電網(wǎng)上吸收功率。由于沒有蒸汽流入汽輪機，汽輪機的轉(zhuǎn)動將會使內(nèi)部形成嚴重的鼓風摩擦，容易造成葉片過熱變形，尤其會使末級葉片受到嚴重損害。
所以，逆功率保護存在的情況下，可以減少汽輪機免受鼓風摩擦之苦。在二十五項反措中，也有相關(guān)規(guī)定，“機組停機時，應(yīng)先將發(fā)電機有功、無功功率減至零，檢查確認有功功率到零，電能表停轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)以后，再將發(fā)電機與系統(tǒng)解列，或采用汽輪機手動打閘或鍋爐手動主燃料跳閘聯(lián)跳汽輪機，發(fā)電機逆功率保護動作解列。嚴禁帶負荷解列。”
這個規(guī)定，不同的人會有不同的解讀，有人認為這個規(guī)定是給機組正常停運用的，也有人認為異常停機也應(yīng)該遵守。如果異常停機也應(yīng)該遵守，那么ETS動作直接解列發(fā)電機的設(shè)計就明顯違反規(guī)定。不過，目前我看到的情況是，很多設(shè)計都是ETS動作直接解列發(fā)電機。
使用逆功率或者程序逆功率解列發(fā)電機還是ETS直接解列發(fā)電機，一個有可能對葉片造成損傷，一個有可能造成飛車。兩者權(quán)衡取其輕，但是兩者都不輕。我曾經(jīng)有過一個設(shè)想，就是設(shè)備廠家需要給出發(fā)電機和汽輪機在逆功率情況下多長時間不會造成損害，只要能計算出這個時間，我們就可以設(shè)置逆功率保護的延時動作時間，問題也可以迎刃而解。不過，一般的汽輪機廠很難給出這個時間，純粹的理論推算需要綜合多個方面的因素，一些金屬材質(zhì)不好的機組也有可能幾秒鐘就會致命損害。
關(guān)于這個問題，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，熱控專業(yè)，對DEH、CCS、DCS研究較多)
