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(guān)閉所有調(diào)節(jié)閥，防止汽輪機轉(zhuǎn)速進一步升高。它取代了傳統(tǒng)液壓控制系統(tǒng)的微分器，使發(fā)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(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速達到3090r/min(額定轉(zhuǎn)速的103)時，關(guān)閉所有調(diào)節(jié)閥；汽輪機轉(zhuǎn)速恢復(fù)到3000r/min后，重新打開調(diào)節(jié)閥，使汽輪機轉(zhuǎn)速保持在3000 r/min；發(fā)電機跳閘后，迅速關(guān)閉所有調(diào)節(jié)閥。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速恢復(fù)到3000轉(zhuǎn)/分鐘后，重新打開調(diào)節(jié)閥以保持渦輪轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)/分鐘。雖然OPC可以防止汽輪機超速，但其控制特性不能適應(yīng)不同故障對機組的影響。2004年2月24日昆明發(fā)電廠發(fā)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(wǎng)故障之間的協(xié)調(diào)還存在一些問題，不利于電網(wǎng)和機組的安全。1概述昆明電廠現(xiàn)已配置2100MW燃煤機組，無需中間再熱，兩臺機組的汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)已改造為電液數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)。電廠位于云南電網(wǎng)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(fā)電廠并網(wǎng)(變電站)故障和系統(tǒng)斷線，造成昆明發(fā)電廠兩臺機組OPC動作。當(dāng)天，雙母線并聯(lián)運行，通過聯(lián)絡(luò)線普普一、二(昆明電廠-普吉變壓器)與系統(tǒng)連接。兩臺機總功率負荷190MW，聯(lián)絡(luò)線傳輸功率140MW，附近區(qū)域負荷40MW，輔助負荷10MW。故障現(xiàn)象是13:30。由于昆明電廠對側(cè)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(tǒng)及提供的郊區(qū)負荷和系統(tǒng)分離成一個隔離系統(tǒng)。發(fā)電機組頻率迅速上升到52.7Hz，汽輪機較高轉(zhuǎn)速上升到3160r/min。昆明電廠兩套OPC同時運行，調(diào)速閥關(guān)閉。當(dāng)兩臺機組轉(zhuǎn)速降至3000時，15分鐘后，振蕩難以平息，直到該區(qū)域所有供電負荷全部切除，機組才會恢復(fù)穩(wěn)定正常狀態(tài)。3PC動作行為分析：當(dāng)轉(zhuǎn)速未出現(xiàn)故障時，不進行機械和電氣超速試驗，只要轉(zhuǎn)速大于3090r/min，OPC出口就會動作，關(guān)閉所有調(diào)節(jié)閥。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至3000轉(zhuǎn)/分以下時，調(diào)節(jié)閥將重新打開，進入自動調(diào)速控制。在系統(tǒng)故障的瞬間，發(fā)電機的功率突然上升。由于故障點切除時間較長，電網(wǎng)頻率下降，保護越級，導(dǎo)致電廠對側(cè)變電站110kV、220kV聯(lián)絡(luò)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(zhuǎn)速升至3160r/min。OPC開始快速關(guān)閉調(diào)速閥。調(diào)速閥關(guān)閉后，速度開始下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至2950r/min時，調(diào)速閥開始開啟，轉(zhuǎn)速上升。由于調(diào)速系統(tǒng)速度慢和汽輪機組汽缸熱容量的存在，當(dāng)調(diào)速閥開至預(yù)定閥位時，轉(zhuǎn)速滯后，轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)出現(xiàn)超調(diào)，升至3160r/min，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3090r/min時，OPC再次動作。由于發(fā)電機拖動的有功功率較大，在OPC動作調(diào)節(jié)閥關(guān)閉后，轉(zhuǎn)速迅速下降，因此調(diào)節(jié)閥開度增大，調(diào)節(jié)閥重新開啟后出現(xiàn)超調(diào)。在這個過程中，DEH處于自動狀態(tài)，人員無法手動干預(yù)，導(dǎo)致反復(fù)“振蕩”過程，無法穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。當(dāng)聯(lián)絡(luò)線斷開，部分拖曳載荷脫落時，速度和功率的幅值減小，當(dāng)部分拖曳載荷去除時，速度和頻率趨于穩(wěn)定。3.1的影響 #p#分頁標題#e#

云南電網(wǎng)作為能源基地，在“西電東送”戰(zhàn)略中發(fā)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(nèi)出線與負荷的比例較大，一旦出線聯(lián)絡(luò)線跳閘，云南電網(wǎng)的頻率將會增加。雖然電網(wǎng)采取了高周跳閘措施，但電網(wǎng)頻率短時間內(nèi)不可避免地會超過51.6Hz，發(fā)電機組轉(zhuǎn)速會隨著電網(wǎng)頻率增加3000以上。此時如果所有火電機組OPC動作，調(diào)速閥門同時關(guān)閉，整個電網(wǎng)同時失去百萬電源，后果不堪設(shè)想。電網(wǎng)可能因此崩潰，也可能出現(xiàn)類似昆明電廠“2.24”事故的振蕩現(xiàn)象，較終導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰。3.2機組的PC和安全運行根據(jù)OPC控制邏輯，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速決定機組調(diào)速閥的開啟和關(guān)閉。當(dāng)機組在某些區(qū)域加載時，由于調(diào)速閥開啟滯后，速度超調(diào)將不可避免，導(dǎo)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(yīng)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(wěn)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(dǎo)致轉(zhuǎn)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(wěn)定。4解決方法和建議昆明發(fā)電廠發(fā)生“2.24”事故應(yīng)引起

各方專家對火電機組超速限制OPC動作與電網(wǎng)穩(wěn)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(shè)備安全，同時還要考慮電網(wǎng)安全，應(yīng)將兩者結(jié)合統(tǒng)一考慮。(1)電網(wǎng)應(yīng)考慮有效抑制電網(wǎng)頻率升高的技術(shù)措施，避免電力系統(tǒng)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(yīng)與電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定裝置合理配合，由調(diào)度部門統(tǒng)一管理，統(tǒng)一整定。(3)準確掌握各火電機組汽輪機轉(zhuǎn)子在額定負荷下允許轉(zhuǎn)速分布情況，調(diào)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(jù)各臺機組調(diào)速系統(tǒng)的速度變動率、遲緩率確定OPC動作時限。(5)為防止汽輪機調(diào)節(jié)汽門的調(diào)節(jié)出現(xiàn)超調(diào)或滯調(diào)，對DEH中的自動調(diào)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(fù)擺動，影響機組安全。