汽輪發電機組保護(ETS保護)是火電廠設備保護的重要組成部分，作為高轉速設備，汽輪發電機組的安全穩定運行牽一發而動全身。目前，汽輪機發電機組的保護主要涉及轉速、位移、溫度以及輔機設備運行狀況幾個方面。而在汽輪機和發電機之間，汽輪機和鍋爐之間(單元制機組)也設計有保護，我們著重探討一下汽輪機和發電機之間的保護，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，在發電機主保護動作之后，電氣側會發信號至汽輪機ETS保護系統，觸發ETS保護動作，汽輪機主汽門和調門關閉，汽輪機跳閘。其中發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一的通道發至汽輪機側，從而觸發汽輪機保護動作。如果大家仔細觀察過自己的保護系統就會發現，ETS保護動作信號同樣會觸發發電機保護動作信號，所以我們會看到汽輪機跳閘時，ETS保護動作畫面中發電機主保護動作信號也會觸發，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保護動作信號觸發發電機保護，從而解列發電機。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去解列發電機，一路到了汽機側去關閉主汽門、調門、抽汽逆止門等，單元制機組也回來傳到鍋爐側。
這樣就會有一個問題，解列發電機的過程是純電信號在傳輸，而關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，相關閥門機械部分動作從而關閉。這樣就會出現一個問題，電信號傳輸肯定是要優先于其它的，這樣在發電機解列的時候，可能主汽門、調門或者逆止門尚未關閉，甚至出現卡澀的情況。這樣在甩負荷之后，仍然有進汽，汽輪機出現超速甚至飛車。
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閉遲緩造成，但是ETS動作直接解列發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，轉速在飛升到OPC動作轉速的時候，關閉調門和逆止門，等到轉速恢復到目標轉速，調門重新打開。一般我們做甩負荷試驗，首先是做50%甩你負荷，在轉速飛升不超過額定轉速的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門都是關閉的，抽汽逆止門也正常關閉，轉速仍然飛升超過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保護動作信號不應該直接解列發電機，應使用主汽門關閉信號和程序逆功率保護信號解列發電機。我詢問了一些大的集團公司，包括電科院和設計院，的確有一些機組是這樣的設計，但是目前國內主流的設計還是ETS保護動作直接解列發電機，在電力質監的時候也是這樣的要求，這個設計應該經得起考驗。
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%，且主汽門關閉信號來，延時1s，解列發電機。與之相對應的另一個名詞是逆功率保護，當電氣保護裝置檢測到發電機負荷達到額定值-1%時，延時60S，解列發電機。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閉信號來，延時時間短，而逆功率保護不需要主汽門關閉信號，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電機，避免發電機變電動機。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，帶動發電機做功，功率的流向是由汽輪機指向發電機的。而當主汽門突然關閉，汽輪機失去新蒸汽，且發電機未解列的情況下，發電機就變成電動機，帶動汽輪機轉動，功率的流向就由發電機向汽輪機，也就是從電網上吸收功率。由于沒有蒸汽流入汽輪機，汽輪機的轉動將會使內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，也有相關規定，“機組停機時，應先將發電機有功、無功功率減至零，檢查確認有功功率到零，電能表停轉或逆轉以后，再將發電機與系統解列，或采用汽輪機手動打閘或鍋爐手動主燃料跳閘聯跳汽輪機，發電機逆功率保護動作解列。嚴禁帶負荷解列。”
這個規定，不同的人會有不同的解讀，有人認為這個規定是給機組正常停運用的，也有人認為異常停機也應該遵守。如果異常停機也應該遵守，那么ETS動作直接解列發電機的設計就明顯違反規定。不過，目前我看到的情況是，很多設計都是ETS動作直接解列發電機。
使用逆功率或者程序逆功率解列發電機還是ETS直接解列發電機，一個有可能對葉片造成損傷，一個有可能造成飛車。兩者權衡取其輕，但是兩者都不輕。我曾經有過一個設想，就是設備廠家需要給出發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，一些金屬材質不好的機組也有可能幾秒鐘就會致命損害。
關于這個問題，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，對DEH、CCS、DCS研究較多)
