火电机组OPC超速保护动作特性分析
火电机组OPC超速保护动作特性分析作者姓名： 2008年1月16日12:933615
火电机组超速保护控制器是抑制机组超速的一种保护控制。其功能是在汽轮机超速时关闭所有调节阀，防止汽轮机转速进一步升高。它取代了传统液压控制系统的微分器，使发电机跳闸、甩负荷和103额定限速更加准确可靠。OPC的主要功能如下：当汽轮机转速达到3090r/min(额定转速的103)时，关闭所有调节阀；汽轮机转速恢复到3000r/min后，重新打开调节阀，使汽轮机转速保持在3000 r/min；发电机跳闸后，迅速关闭所有调节阀。当涡轮转速恢复到3000转/分钟后，重新打开调节阀以保持涡轮转速在3000转/分钟。虽然OPC可以防止汽轮机超速，但其控制特性不能适应不同故障对机组的影响。2004年2月24日昆明发电厂发生1、2号机组OPC动作，暴露出机组OPC控制的动作特性与电网故障之间的协调还存在一些问题，不利于电网和机组的安全。1概述昆明电厂现已配置2100MW燃煤机组，无需中间再热，两台机组的汽轮机调节系统已改造为电液数字调节系统(DEH)。电厂位于云南电网负荷中心，升压站为带旁路母线的110kV双母线。2004年2月24日，由于昆明发电厂并网(变电站)故障和系统断线，造成昆明发电厂两台机组OPC动作。当天，双母线并联运行，通过联络线普普一、二(昆明电厂-普吉变压器)与系统连接。两台机总功率负荷190MW，联络线传输功率140MW，附近区域负荷40MW，辅助负荷10MW。故障现象是13:30。由于昆明电厂对侧220千伏普吉变电站干式变压器故障，两套昆明电厂、普吉变电站110千伏系统及提供的郊区负荷和系统分离成一个隔离系统。发电机组频率迅速上升到52.7Hz，汽轮机较高转速上升到3160r/min。昆明电厂两套OPC同时运行，调速阀关闭。当两台机组转速降至3000时，15分钟后，振荡难以平息，直到该区域所有供电负荷全部切除，机组才会恢复稳定正常状态。3PC动作行为分析：当转速未出现故障时，不进行机械和电气超速试验，只要转速大于3090r/min，OPC出口就会动作，关闭所有调节阀。当转速降至3000转/分以下时，调节阀将重新打开，进入自动调速控制。在系统故障的瞬间，发电机的功率突然上升。由于故障点切除时间较长，电网频率下降，保护越级，导致电厂对侧变电站110kV、220kV联络变压器跳闸。故障点排除后，部分负荷甩出，由于汽轮机惯性，转速升至3160r/min。OPC开始快速关闭调速阀。调速阀关闭后，速度开始下降。当转速降至2950r/min时，调速阀开始开启，转速上升。由于调速系统速度慢和汽轮机组汽缸热容量的存在，当调速阀开至预定阀位时，转速滞后，转速自动调节出现超调，升至3160r/min，当转速超过3090r/min时，OPC再次动作。由于发电机拖动的有功功率较大，在OPC动作调节阀关闭后，转速迅速下降，因此调节阀开度增大，调节阀重新开启后出现超调。在这个过程中，DEH处于自动状态，人员无法手动干预，导致反复“振荡”过程，无法稳定转速。当联络线断开，部分拖曳载荷脱落时，速度和功率的幅值减小，当部分拖曳载荷去除时，速度和频率趋于稳定。3.1的影响 #p#分页标题#e#
云南电网作为能源基地，在“西电东送”战略中发挥着重要作用。在雨季，1700兆瓦通过500千伏罗马线传输。由于省内出线与负荷的比例较大，一旦出线联络线跳闸，云南电网的频率将会增加。虽然电网采取了高周跳闸措施，但电网频率短时间内不可避免地会超过51.6Hz，发电机组转速会随着电网频率增加3000以上。此时如果所有火电机组OPC动作，调速阀门同时关闭，整个电网同时失去百万电源，后果不堪设想。电网可能因此崩溃，也可能出现类似昆明电厂“2.24”事故的振荡现象，较终导致电网崩溃。3.2机组的PC和安全运行根据OPC控制逻辑，发电机的转速决定机组调速阀的开启和关闭。当机组在某些区域加载时，由于调速阀开启滞后，速度超调将不可避免，导致机组功率波动较大，长期功率波动会影响机组的安全性。OPC动作引起的“功率振荡”不同于一般的振荡：(1)汽源完全切断后突然大量进汽，会造成汽轮机各级动、静叶片压差增大，对各级叶片的冲击应力较大，可能造成叶片损坏；(2)OPC动作会造成承压部件超压、安全阀动作、锅炉燃烧不稳定、锅炉过热器蒸汽瞬间停滞、过热器超温等危险工况。此外，由于OPC作用导致转速变化较大，叶片自激振动可能增大，汽轮机组支承轴承油膜不稳定。4解决方法和建议昆明发电厂发生“2.24”事故应引起
各方专家对火电机组超速限制OPC动作与电网稳定问题的高度重视。笔者认为，火电机组的OPC保护功能不能只考虑保机组设备安全，同时还要考虑电网安全，应将两者结合统一考虑。(1)电网应考虑有效抑制电网频率升高的技术措施，避免电力系统频率升高影响火电机组的安全。(2)火电机组DEH中OPC的超速保护整定，应与电力系统安全稳定装置合理配合，由调度部门统一管理，统一整定。(3)准确掌握各火电机组汽轮机转子在额定负荷下允许转速分布情况，调整OPC的动作定值。超速对OPC动作值全部限制为3090r/min,是否合理，值得探讨。(4)根据各台机组调速系统的速度变动率、迟缓率确定OPC动作时限。(5)为防止汽轮机调节汽门的调节出现超调或滞调，对DEH中的自动调频需作进一步研究。(6)对OPC控制逻辑进一步研究，避免机组功率的反复摆动，影响机组安全。
