从电气角度浅谈1000MW发电机组甩负荷试验

 1 上海漕泾电厂电气主系统概况介绍
上海漕泾电厂2×1000MW发电机组工程由华东电力设计院设计，采用发电机-变压器组单元制接线，经主变升压至500kV，电厂以500kV电压接入电网系统。发电机出口装设发电机断路器（GCB），额定电压为27kV。500kV升压站采用3/2断路器接线，配有两回发电机变压器进线、一回01号高备变出线及两回线路。每台机组配置两台高压厂用工作变压器，机组的厂用电配置四段6kV母线，其备用电源均由01号高备变提供，正常情况下全厂厂用电通过主变、高厂变降压提供，只有当主变、高厂变检修或者事故跳闸时才切换到01号高备变供电。
发电机自动控制同期系统共配置三个同期点，其中一个同期点为发电机出口断路器GCB，另外两个同期点分别为主变接入500kV升压站的两个断路器LCB1和LCB2；这种配置方式可以既可以让发电机直接启动并网，也可以满足发电机进入“孤岛运行”方式后的快速并网，大大减少了因电网故障导致停机的概率，缩短了停电时间，提高了机组的效率。
“孤岛运行”方式，是指当电网崩溃或者输电线路发生故障时，发电机与主变能及时与电网解列，此时全厂厂用电由发电机自己供给；一旦故障点切除，可使整个电网供电得以迅速恢复。为了达到这一目标，需要发电机组具有FCB（Fast Cut Back快速减负荷）功能。
2 FCB试验介绍
FCB试验是检验发电机组能否稳定于孤岛运行方式的重要试验。试验在发电机额定负荷下进行，人为断开发电机变压器组与电网的连接（LCB1和LCB2），检查发电机带厂用电稳定运行，要求做到锅炉不停炉、不超压，汽轮机不停机、不超速，发电机不灭磁、不过电压。
由于此项试验具有一定的危险性，当试验失败时，机电炉全部跳闸，厂用电完全失去，会影响到机组的安全停机。因此，我们在调试过程中一般先进行发电机组的甩负荷试验，待确认汽轮机和锅炉的性能均能满足100%甩负荷试验的要求后再进行FCB试验。
3 发电机甩负荷试验
3.1 甩负荷试验与FCB试验比较 甩负荷试验与FCB试验最大的不同在于，甩负荷试验断开的是发电机出口断路器GCB，试验过程中厂用电并不进行厂用电切换，仍然由电网通过主变、高厂变降压供给，避免了试验失败后全厂停电事故的发生。
3.2 1号机组50%甩负荷试验 按照《汽轮机甩负荷试验导则》要求，先进行50%甩负荷试验，作为100%甩负荷试验的预备性试验。
2010年1月17日，进行1号机组50%额定负荷（即500MW）甩负荷试验。试验开始前，解除了“横向大联锁”保护，并派专人分别监视发电机转速和出口电压，如果发生超速或者过电压则立即揿下“紧急跳机”按钮；调试总指挥发令，试验正式开始，人为断开发电机出口断路器GCB后，检查发现机电炉均运行正常，发电机出口电压也稳定在额定电压27kV。本次50%甩负荷试验成功。
3.3 1号机组100%甩负荷试验 2010年1月22日，按照同样方法又进行了1号机组100%甩负荷（即1000MW）试验。人为断开发电机出口断路器GCB后，发现发电机出口电压在短暂的升高后灭磁开关动作灭磁，发电机电压衰减到零；此时机炉设备均运行正常。
电气专业技术人员在发电机保护屏上检查，保护装置上仅显示“AVR保护动作”一盏LED灯亮，据此我们判断此次跳机是由于AVR保护动作引起的；可是再检查AVR励磁装置，却没有显示内部故障或保护动作，只显示外部保护动作联跳AVR。两侧的保护装置和AVR装置均显示外部跳闸，究竟哪一套是正确的呢？按照常规的经验我们无法做出判断。经过和AVR励磁装置厂家工代、发电机保护装置厂家工代反复讨论，仍然确定不了故障发生的原因。
由于1000MW发电机组甩负荷试验对电网上的负荷裕量要求太大，电网无法安排我们长时间或者多次的进行此项试验，因此只能暂时搁下此疑问，尽快安排发电机并网发电。此问题作为一个悬案待到2号机组甩负荷试验时再行判断。也因为这次100%甩负荷试验的不成功，导致无法立即进行1号机组FCB试验。
3.4 2号机组甩负荷试验 2号机组的两次甩负荷试验分别于2010年2月6日和3月28日进行。试验结果与1号机组一模一样：50%甩负荷试验发电机电压维持正常，试验成功；但100%甩负荷试验时灭磁开关再次跳闸，发电机电压衰减到零，试验失败。
与1号机组不同的是，这次2号机组100%甩负荷试验时，不光发电机保护装置仍然发“AVR保护动作”报警信号，而且AVR励磁装置上显示出“crowbar failed”报警信号。
经过查阅AVR励磁装置的用户手册发现，此“crowbar failed”信号的含义为“跨接器失灵”，此报警是由于AVR在灭磁过程中，跨接器检测不到电流而引起的；此“crowbar failed跨接器失灵”信号其实是在灭磁开关跳闸后动作的；据此判断本次跳闸的起因并不在AVR装置。我们把目光聚焦到发电机保护装置上。
通过笔记本电脑连接发电机保护管理机，仔细检查发电机保护装置事件记录：发现在发电机开关GCB跳闸后，最先启动的保护并不是“AVR保护动作”，而是“发电机开关GCB闪络保护”；由于发电机保护装置上的LED没有点亮，因此导致了事故原因的误判。检查“发电机开关GCB闪络保护”的逻辑和定值，发现判据为发电机开关GCB分闸同时负序电流大于7.5%额定电流时，延时0秒保护出口跳闸。
至此，可以推断出发电机保护动作的原因：由于此次甩负荷试验是人为拉开发电机出口断路器GCB，在开关拉开的瞬间三相电流不可能同时灭弧，必然产生负序电流；由于100%甩负荷试验时初始电流比较大，产生的负序电流也大过了保护定值，引起了发电机保护动作，联跳发电机灭磁开关；根据保护配置，灭磁开关跳闸后必然再返跳发电机保护，因此发电机保护上收到“AVR保护动作”信号。
此时再详细检查发电机保护装置，发现厂家内部LED灯定义有问题：新的保护动作必然覆盖掉前一次保护动作，这导致了实际动作过程中先动作的“闪络保护”动作的LED灯被后来动作的“AVR保护动作”给覆盖，影响了所有人的判断。此问题最终交由发电机厂家工代负责解决。