火電機組OPC超速保護動作特性分析作者姓名： 2008年1月16日12:933615

火電機組超速保護控制器是抑制機組超速的一種保護控制。其功能是在汽輪機超速時關閉所有調節閥，防止汽輪機轉速進一步升高。它取代了傳統液壓控制系統的微分器，使發電機跳閘、甩負荷和103額定限速更加準確可靠。OPC的主要功能如下：當汽輪機轉速達到3090r/min(額定轉速的103)時，關閉所有調節閥；汽輪機轉速恢復到3000r/min后，重新打開調節閥，使汽輪機轉速保持在3000 r/min；發電機跳閘后，迅速關閉所有調節閥。當渦輪轉速恢復到3000轉/分鐘后，重新打開調節閥以保持渦輪轉速在3000轉/分鐘。雖然OPC可以防止汽輪機超速，但其控制特性不能適應不同故障對機組的影響。2004年2月24日昆明發電廠發生1、2號機組OPC動作，暴露出機組OPC控制的動作特性與電網故障之間的協調還存在一些問題，不利于電網和機組的安全。1概述昆明電廠現已配置2100MW燃煤機組，無需中間再熱，兩臺機組的汽輪機調節系統已改造為電液數字調節系統(DEH)。電廠位于云南電網負荷中心，升壓站為帶旁路母線的110kV雙母線。2004年2月24日，由于昆明發電廠并網(變電站)故障和系統斷線，造成昆明發電廠兩臺機組OPC動作。當天，雙母線并聯運行，通過聯絡線普普一、二(昆明電廠-普吉變壓器)與系統連接。兩臺機總功率負荷190MW，聯絡線傳輸功率140MW，附近區域負荷40MW，輔助負荷10MW。故障現象是13:30。由于昆明電廠對側220千伏普吉變電站干式變壓器故障，兩套昆明電廠、普吉變電站110千伏系統及提供的郊區負荷和系統分離成一個隔離系統。發電機組頻率迅速上升到52.7Hz，汽輪機較高轉速上升到3160r/min。昆明電廠兩套OPC同時運行，調速閥關閉。當兩臺機組轉速降至3000時，15分鐘后，振蕩難以平息，直到該區域所有供電負荷全部切除，機組才會恢復穩定正常狀態。3PC動作行為分析：當轉速未出現故障時，不進行機械和電氣超速試驗，只要轉速大于3090r/min，OPC出口就會動作，關閉所有調節閥。當轉速降至3000轉/分以下時，調節閥將重新打開，進入自動調速控制。在系統故障的瞬間，發電機的功率突然上升。由于故障點切除時間較長，電網頻率下降，保護越級，導致電廠對側變電站110kV、220kV聯絡變壓器跳閘。故障點排除后，部分負荷甩出，由于汽輪機慣性，轉速升至3160r/min。OPC開始快速關閉調速閥。調速閥關閉后，速度開始下降。當轉速降至2950r/min時，調速閥開始開啟，轉速上升。由于調速系統速度慢和汽輪機組汽缸熱容量的存在，當調速閥開至預定閥位時，轉速滯后，轉速自動調節出現超調，升至3160r/min，當轉速超過3090r/min時，OPC再次動作。由于發電機拖動的有功功率較大，在OPC動作調節閥關閉后，轉速迅速下降，因此調節閥開度增大，調節閥重新開啟后出現超調。在這個過程中，DEH處于自動狀態，人員無法手動干預，導致反復“振蕩”過程，無法穩定轉速。當聯絡線斷開，部分拖曳載荷脫落時，速度和功率的幅值減小，當部分拖曳載荷去除時，速度和頻率趨于穩定。3.1的影響 #p#分頁標題#e#

云南電網作為能源基地，在“西電東送”戰略中發揮著重要作用。在雨季，1700兆瓦通過500千伏羅馬線傳輸。由于省內出線與負荷的比例較大，一旦出線聯絡線跳閘，云南電網的頻率將會增加。雖然電網采取了高周跳閘措施，但電網頻率短時間內不可避免地會超過51.6Hz，發電機組轉速會隨著電網頻率增加3000以上。此時如果所有火電機組OPC動作，調速閥門同時關閉，整個電網同時失去百萬電源，后果不堪設想。電網可能因此崩潰，也可能出現類似昆明電廠“2.24”事故的振蕩現象，較終導致電網崩潰。3.2機組的PC和安全運行根據OPC控制邏輯，發電機的轉速決定機組調速閥的開啟和關閉。當機組在某些區域加載時，由于調速閥開啟滯后，速度超調將不可避免，導致機組功率波動較大，長期功率波動會影響機組的安全性。OPC動作引起的“功率振蕩”不同于一般的振蕩：(1)汽源完全切斷后突然大量進汽，會造成汽輪機各級動、靜葉片壓差增大，對各級葉片的沖擊應力較大，可能造成葉片損壞；(2)OPC動作會造成承壓部件超壓、安全閥動作、鍋爐燃燒不穩定、鍋爐過熱器蒸汽瞬間停滯、過熱器超溫等危險工況。此外，由于OPC作用導致轉速變化較大，葉片自激振動可能增大，汽輪機組支承軸承油膜不穩定。4解決方法和建議昆明發電廠發生“2.24”事故應引起

各方專家對火電機組超速限制OPC動作與電網穩定問題的高度重視。筆者認為，火電機組的OPC保護功能不能只考慮保機組設備安全，同時還要考慮電網安全，應將兩者結合統一考慮。(1)電網應考慮有效抑制電網頻率升高的技術措施，避免電力系統頻率升高影響火電機組的安全。(2)火電機組DEH中OPC的超速保護整定，應與電力系統安全穩定裝置合理配合，由調度部門統一管理，統一整定。(3)準確掌握各火電機組汽輪機轉子在額定負荷下允許轉速分布情況，調整OPC的動作定值。超速對OPC動作值全部限制為3090r/min,是否合理，值得探討。(4)根據各臺機組調速系統的速度變動率、遲緩率確定OPC動作時限。(5)為防止汽輪機調節汽門的調節出現超調或滯調，對DEH中的自動調頻需作進一步研究。(6)對OPC控制邏輯進一步研究，避免機組功率的反復擺動，影響機組安全。