摘要：介紹了發電機組逆功率保護動作原理及危害，分析了漢江白河（夾河）水電站單機容量45 MW的燈泡貫流 式水輪發電機組逆功率保護動作原因，并提出了相應的防范措施。

引言

漢江白河（夾河）水電站位于漢江上游干流，東距湖北省十堰市78 km，西距陜西省安康市146 km，是漢 江上游7級梯級水電站開發中的最后一級。工程規模為大（2）型，水庫總庫容2.67億m3，調節庫容2 142萬m3，水 庫調節性能為日調節，電站裝機180 MW，裝設4臺單機 容量為45 MW的燈泡貫流式機組，其發電機型號為SFWG45-68/7750，發電機保護裝置為北京四方GFH306E-103型發電機保護裝置，以一回220 kV出線接入湖北省 電網。

機組投運一年多來，多次發生因機組逆功率保護 動作引起事故停機事件，為防范此類事件的發生，特分 析兩起事故原因，并提出相應預防措施。 

1、發電機組逆功率保護動作原理及運行危害

發電機組逆功率保護又稱“功率方向保護”。發電機組正常運行工況下，功率由發電機流向母線，發電機向系統輸送有功功率。但當發電機失磁或調速器導葉異常關閉等原因導致運行中發電機甩負荷到0時，若發電機依然與電網并列，則會從電網吸收功率，發電機依 然保持旋轉，其轉速與周波相對應。此時發電機有可能變為電動機運行，即從電網中吸收有功功率，這就是逆 功率。當發生逆功率運行情況時，若機組較大，則從網 上吸電能較多，對正常運行的電網有一定影響，從發電機方面來說影響不是很大，但對于汽輪機來說影響則 很大，因為汽輪機逆功率運行，就是在無蒸汽下運行， 由于汽輪機主汽門已關閉，汽機尾部葉片與殘留蒸汽產生摩擦而形成鼓風損耗，低壓缸末幾級葉片在沒有

蒸汽冷卻下發熱很大且長時間運行對機組的安全工況不利。 

對于汽輪機小機組來說，一般都規定了無蒸汽運 行的最長允許時間，通常為3～5 min，在規定時間內如不能重新帶上負荷就必須解列停機；對于汽輪機大機組來說，則裝有逆功率保護，當發生逆功率運行情況時，直接動作于解列發電機。

燈泡貫流式水輪發電機組的逆功率運行與火電機組有很大區別：燈泡貫流式水輪機多安裝在大流量、低 水頭的水電站，機組轉速較低，并且采取水平臥式安裝在水面負高程，整個轉輪室浸泡在水中。燈泡貫流式機 組若發生逆功率運行，旋轉的葉片將使水流產生很大 的壓力，而壓力作用在導葉和水輪機的密封裝置上容易導致設備損壞。低水流量使內部壓力降低到某一限度，會在局部形成汽泡或汽穴，而后在壓力升高的地方 汽穴重新凝聚、消失，會造成頻率很高、壓力很大的微 觀水擊，致使轉輪葉片表面產生疲勞破壞、溫度升高、 電離和化學腐蝕等作用，即“汽蝕現象”。同時，旋轉水 流會在轉輪室和尾水管中形成旋轉脈動勢能，使水輪 機產生較大振動，從而損壞組合軸承、水導軸承、轉輪 室以及受油器、發電機等機械部件[1]。故燈泡貫流式機 組也要設置逆功率保護。 

為防止轉輪葉片的汽蝕和機組振動過大，當逆功 率達到一定值時，發電機保護動作，逆功率保護設有一段兩時限，短延時發信，長延時跳閘。逆功率保護的電壓取自發電機機端PT，電流取自發電機機端CT，邏輯

框圖如圖1所示。

燈泡貫流式機組逆功率保護定值為10%左右，逆功 率跳閘延時根據需要，一般為5 s左右。本站發電機逆功 率保護動作整定值如下：逆功率保護功率為10%PGe（PGe為機組額定功率），告警時間（短延時）為3 s，長延時 段時間為6 s，動作出口跳閘。

2 逆功率保護動作原因及分析

2.1 施工人員誤碰重錘關機電磁閥引起逆功率保護動作的事故停機

2.1.1 事故情況

2020年7月某日，電廠#1機組并網發電運行，機組 負荷為17 MW。上位機監控系統發出告警信號，上報 “#1機組有功越下限動作”“#1機組機端電壓越下限” “#1機組轉子電流低報警，閉鎖減磁”“#1機組非發電態 動作”“#1機組有功減至空載動作”等報警信息，此時#1 機組振動增大，并發出轟鳴聲。運行值班人員觀察機組 負荷快速降低，此時減少至-2 MW。接著上位機監控上 報“#1機組逆功率告警”“#1機組逆功率保護動作”等信息。#1機組逆功率保護動作后，觸發事故停機流程：機 端出口開關“夾01”分閘，機組滅磁開關分閘動作，調速 器停機令動作，重錘下落動作。停機后，運行人員立即 對機組進行初步檢查，未許可關于#1機組的工作票，查 看#1機組發電機保護裝置“逆功率動作”，其他設備未 出現故障、告警等信息。將此情況通知電氣人員，以便 現場查找并分析事故原因。

2.1.2 事故處理及原因分析

電氣人員查看計算機監控系統報表，在#1機組逆 功率保護動作前，#1機組運行正常，無設備故障、告警等信息。從16：38：27開始，#1機組導葉開度迅速減小，有功功率也從17.2 MW快速下降。16：38：36.664報發電機保護啟動，16：38：39.646逆功率保護告警，逆功率發 信P=-25 . 25%，保護啟動后6 002 ms逆功率出口為 P=-27.25%，逆功率保護動作。根據監控系統報文分析， 在未有任何負荷調整或故障報警的情況下，機組導葉 突然關閉，初步判定是導葉控制系統誤動或接力器突 然失壓引起。著重對#1機組調速系統進行檢查，調速器 電調柜顯示屏無告警信息，PLC運行正常，接力器油管路無噴油或漏油現象，油管路壓力正常。導葉主配壓力 油控制回路無漏油，重錘關閉電磁閥也無漏油現象。手 動將機組導葉緩慢打開，然后關閉。調速器主配未發現卡滯或油路堵塞現象，經檢查未找出引起導葉自動關 閉的原因。運行人員查看各個設備監控發現，在#1機組 重錘關機電磁閥附近有施工人員在施工，且重錘關閉 電磁閥上有腳印，后詢問得知施工人員誤碰了重錘關機電磁按鈕。重錘關機電磁閥動作后，觸發重錘落下，強制將導葉全關。此時#1機組出口開關“夾01”還在合 閘位置，在導葉關閉過程中，機組出力從17.2 MW逐步

減少至0，導葉全關時，發電機組開始從系統吸收有功。

在發電機組吸收有功超過10%PGe（-4.5 MW）時，逆功率 保護啟動并延時3 s告警，保護啟動6 s后，發電機吸收有 功值12.02 MW，滿足逆功率保護動作條件，逆功率保護 動作并觸發停機流程。查清逆功率保護動作原因后，確 認為非設備故障引起的事故停機，組織維護人員檢查 機組各轉動部件，確認無損傷、漏油現象后，向省調申 請開機并網，機組帶負荷運行正常，振動較之前無較大 變化。

2.2 人為誤操作引起逆功率保護動作的事故停機

2.2.1 事故情況

2021年5月某日，運行人員向省調申請#1機組并網發電，20：40完成機組并網，進行負荷調整時，上位機下發“增開度指令”，計算機監控簡報彈出“增開度指令復 歸”，負荷一直維持在3.9 MW左右，上位機又下發幾次增加負荷指令，負荷依然在3.9 MW左右。現地檢查調速 器電調柜及調速器機調柜，未發現有故障報警。于是將 調速器控制方式切至“電手動”進行導葉開度現地調 整，導葉開度依然為24%，負荷在3.9 MW左右。查看參 數得知，電氣開限定值為25%，因電氣開限的限制，導葉無法打開。運行人員將調速器電調柜上A套裝置電氣開限調整為80%，現地增加導葉開度至30%、40%，導葉開 度按照預定值增加，然后通知中控室值班人員在上位

機下發負荷調整令，將負荷調整為26 MW，導葉開度由

30%開至71.1%，機組及調速器裝置運行正常，穩定運 行2 min后，現場人員將調速器電調柜上正在運行的A 套裝置切換至B套裝置時，導葉開度立即由71.1%快速

降至22%，十幾秒后，#1機組逆功率保護動作，引起事故 停機。

2.2.2 事故處理及原因分析

逆功率保護動作后，立即開展事故原因調查。調閱

20：51：28.882監控數據，運行人員將調速器電調柜上A 套裝置切換至B套裝置時，導葉開度立即由71.1%快速降 至22%，此時負荷由26.2 MW迅速下降，20：51：33.699負 荷降至-7.1 MW，20：51：35.699負荷降至最低點-7.2 MW，

20：51：39.641回升至-5.13 MW。#1發電機保護裝置顯 示20：51：33.699發電機保護啟動，20：51：36.333逆功率 告警發信，此時功率P=-16.13%，保護啟動6 056 ms后， 負荷P=-10.88%，滿足逆功率保護動作條件，逆功率保

護動作，觸發發電機組事故停機。事故停機后，電氣人 員檢查#1機組事故停機流程執行正常。監控系統無#1

機組負荷調節令，檢查調速器無故障報警信息。

分析監控系統發送的告警信息、有功功率和導葉 開度，判斷為調速器機端合閘信號斷線，導致調速器電 調柜無法收到合閘信號，默認機組依然處于空轉狀態， 電氣開限限制在25%以內的空轉開限，故無法實現負荷 調整。從#1機端斷路器輔助觸點短接合閘信號給調速 器電調柜，發現調速器無法收到合閘信號，查找發現引入電調柜合閘信號線接線端子松動，致使調速器無法收到合閘信號。由于運行人員將調速器電調柜裝置由A 套切至B套運行時，B套最大電氣開限依然是25%，導葉 開度立即由A套開度71.1%陡降至B套默認的空轉開度22%。此時在高負荷、導葉開度快速關閉下機組負荷下 降過快，導致從電網倒吸有功，倒吸有功功率數值達到逆功率保護動作定值，保護正確動作，觸發事故停機。

2.3 防范措施 

（1）對現場施工加強安全管理，嚴格執行兩票制度，工作中嚴格執行工作規程，并設專人監護，禁止違章作業、無監護操作，誤碰設備時及時匯報中控室值班人 員，以便運行人員能夠快速進行處理。 

（2）加強電氣設備定期維護、檢查，每年定期對各設備端子排進行緊固接線和檢查，對易松動的接線、虛接線做專門處理。對重要開關、按鈕進行防護，并張貼 醒目標志警示，防止因誤碰引起事故停機。 

（3）開展有針對性的技術培訓工作，運行人員應掌 握燈泡貫流式機組運行工況及特點，熟悉調速器操作 規程，具備故障現場分析能力、保護動作事故應急處理能力，以便在保護失靈的狀態下迅速將機組安全停機，以免事故擴大。 

（4）縮短調速器維護周期，根據運行規程及設備管 理等要求，應避免調速器控制油路中的濾過器長期在一路運行，應定期化驗調速器油樣，保證油質合格；調 速器控制油路上的濾過器前后壓差超過0.5 MPa時應及 時清洗濾過器。 以上措施可以大大降低調速器控制油路濾過器堵 塞及調速器比例閥發卡、主配發卡概率。應定期檢查維 護調速器系統元器件，及時清掃盤柜，防止因調速器故障引起導葉全關而觸發逆功率保護動作[2]。 

3 結語

隨著我國對低水頭徑流式水電站的開發，燈泡貫流式機組應用越來越廣泛，投產的機組容量也越來越 大。逆功率保護是燈泡貫流式水輪發電機組不可或缺 的保護，在機組運行中加強運行分析，并采取有效的預 防措施降低逆功率保護動作事故概率，對于提高燈泡貫流式水輪發電機組的運行可靠性，保證電力系統安 全運行有著重要意義。

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