火電機組OPC超速保護動(dòng)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(shí)關(guān)閉所有調節閥，防止汽輪機轉速進(jìn)一步升高。它取代了傳統液壓控制系統的微分器，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：當汽輪機轉速達到3090r/min(額定轉速的103)時(shí)，關(guān)閉所有調節閥；汽輪機轉速恢復到3000r/min后，重新打開(kāi)調節閥，使汽輪機轉速保持在3000 r/min；發(fā)電機跳閘后，迅速關(guān)閉所有調節閥。當渦輪轉速恢復到3000轉/分鐘后，重新打開(kāi)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(fā)電廠(chǎng)發(fā)生1、2號機組OPC動(dòng)作，暴露出機組OPC控制的動(dòng)作特性與電網(wǎng)故障之間的協(xié)調還存在一些問(wèn)題，不利于電網(wǎng)和機組的安全。1概述昆明電廠(chǎng)現已配置2100MW燃煤機組，無(wú)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(chǎng)位于云南電網(wǎng)負荷中心，升壓站為帶旁路母線(xiàn)的110kV雙母線(xiàn)。2004年2月24日，由于昆明發(fā)電廠(chǎng)并網(wǎng)(變電站)故障和系統斷線(xiàn)，造成昆明發(fā)電廠(chǎng)兩臺機組OPC動(dòng)作。當天，雙母線(xiàn)并聯(lián)運行，通過(guò)聯(lián)絡(luò )線(xiàn)普普一、二(昆明電廠(chǎng)-普吉變壓器)與系統連接。兩臺機總功率負荷190MW，聯(lián)絡(luò )線(xiàn)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(chǎng)對側220千伏普吉變電站干式變壓器故障，兩套昆明電廠(chǎng)、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(gè)隔離系統。發(fā)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(chǎng)兩套OPC同時(shí)運行，調速閥關(guān)閉。當兩臺機組轉速降至3000時(shí)，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(huì )恢復穩定正常狀態(tài)。3PC動(dòng)作行為分析：當轉速未出現故障時(shí)，不進(jìn)行機械和電氣超速試驗，只要轉速大于3090r/min，OPC出口就會(huì )動(dòng)作，關(guān)閉所有調節閥。當轉速降至3000轉/分以下時(shí)，調節閥將重新打開(kāi)，進(jìn)入自動(dòng)調速控制。在系統故障的瞬間，發(fā)電機的功率突然上升。由于故障點(diǎn)切除時(shí)間較長(cháng)，電網(wǎng)頻率下降，保護越級，導致電廠(chǎng)對側變電站110kV、220kV聯(lián)絡(luò )變壓器跳閘。故障點(diǎn)排除后，部分負荷甩出，由于汽輪機慣性，轉速升至3160r/min。OPC開(kāi)始快速關(guān)閉調速閥。調速閥關(guān)閉后，速度開(kāi)始下降。當轉速降至2950r/min時(shí)，調速閥開(kāi)始開(kāi)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(kāi)至預定閥位時(shí)，轉速滯后，轉速自動(dòng)調節出現超調，升至3160r/min，當轉速超過(guò)3090r/min時(shí)，OPC再次動(dòng)作。由于發(fā)電機拖動(dòng)的有功功率較大，在OPC動(dòng)作調節閥關(guān)閉后，轉速迅速下降，因此調節閥開(kāi)度增大，調節閥重新開(kāi)啟后出現超調。在這個(gè)過(guò)程中，DEH處于自動(dòng)狀態(tài)，人員無(wú)法手動(dòng)干預，導致反復“振蕩”過(guò)程，無(wú)法穩定轉速。當聯(lián)絡(luò )線(xiàn)斷開(kāi)，部分拖曳載荷脫落時(shí)，速度和功率的幅值減小，當部分拖曳載荷去除時(shí)，速度和頻率趨于穩定。3.1的影響 #p#分頁(yè)標題#e#

云南電網(wǎng)作為能源基地，在“西電東送”戰略中發(fā)揮著(zhù)重要作用。在雨季，1700兆瓦通過(guò)500千伏羅馬線(xiàn)傳輸。由于省內出線(xiàn)與負荷的比例較大，一旦出線(xiàn)聯(lián)絡(luò )線(xiàn)跳閘，云南電網(wǎng)的頻率將會(huì )增加。雖然電網(wǎng)采取了高周跳閘措施，但電網(wǎng)頻率短時(shí)間內不可避免地會(huì )超過(guò)51.6Hz，發(fā)電機組轉速會(huì )隨著(zhù)電網(wǎng)頻率增加3000以上。此時(shí)如果所有火電機組OPC動(dòng)作，調速閥門(mén)同時(shí)關(guān)閉，整個(gè)電網(wǎng)同時(shí)失去百萬(wàn)電源，后果不堪設想。電網(wǎng)可能因此崩潰，也可能出現類(lèi)似昆明電廠(chǎng)“2.24”事故的振蕩現象，較終導致電網(wǎng)崩潰。3.2機組的PC和安全運行根據OPC控制邏輯，發(fā)電機的轉速決定機組調速閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。當機組在某些區域加載時(shí)，由于調速閥開(kāi)啟滯后，速度超調將不可避免，導致機組功率波動(dòng)較大，長(cháng)期功率波動(dòng)會(huì )影響機組的安全性。OPC動(dòng)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(jìn)汽，會(huì )造成汽輪機各級動(dòng)、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(dòng)作會(huì )造成承壓部件超壓、安全閥動(dòng)作、鍋爐燃燒不穩定、鍋爐過(guò)熱器蒸汽瞬間停滯、過(guò)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(dòng)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(fā)電廠(chǎng)發(fā)生“2.24”事故應引起

各方專(zhuān)家對火電機組超速限制OPC動(dòng)作與電網(wǎng)穩定問(wèn)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(shí)還要考慮電網(wǎng)安全，應將兩者結合統一考慮。(1)電網(wǎng)應考慮有效抑制電網(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(mén)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(dòng)作定值。超速對OPC動(dòng)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(dòng)率、遲緩率確定OPC動(dòng)作時(shí)限。(5)為防止汽輪機調節汽門(mén)的調節出現超調或滯調，對DEH中的自動(dòng)調頻需作進(jìn)一步研究。(6)對OPC控制邏輯進(jìn)一步研究，避免機組功率的反復擺動(dòng)，影響機組安全。