火電機(jī)組OPC超速保護(hù)動(dòng)作特性分析作者姓名： 2008年1月16日12:933615

火電機(jī)組超速保護(hù)控制器是抑制機(jī)組超速的一種保護(hù)控制。其功能是在汽輪機(jī)超速時(shí)關(guān)閉所有調(diào)節(jié)閥，防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)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(jī)跳閘、甩負(fù)荷和103額定限速更加準(zhǔn)確可靠。OPC的主要功能如下：當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3090r/min(額定轉(zhuǎn)速的103)時(shí)，關(guān)閉所有調(diào)節(jié)閥；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到3000r/min后，重新打開(kāi)調(diào)節(jié)閥，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速保持在3000 r/min；發(fā)電機(jī)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(kāi)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(jī)超速，但其控制特性不能適應(yīng)不同故障對(duì)機(jī)組的影響。2004年2月24日昆明發(fā)電廠發(fā)生1、2號(hào)機(jī)組OPC動(dòng)作，暴露出機(jī)組OPC控制的動(dòng)作特性與電網(wǎng)故障之間的協(xié)調(diào)還存在一些問(wèn)題，不利于電網(wǎng)和機(jī)組的安全。1概述昆明電廠現(xiàn)已配置2100MW燃煤機(jī)組，無(wú)需中間再熱，兩臺(tái)機(jī)組的汽輪機(jī)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(fù)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(tái)機(jī)組OPC動(dòng)作。當(dāng)天，雙母線并聯(lián)運(yùn)行，通過(guò)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(tái)機(jī)總功率負(fù)荷190MW，聯(lián)絡(luò)線傳輸功率140MW，附近區(qū)域負(fù)荷40MW，輔助負(fù)荷10MW。故障現(xiàn)象是13:30。由于昆明電廠對(duì)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(fù)荷和系統(tǒng)分離成一個(gè)隔離系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組頻率迅速上升到52.7Hz，汽輪機(jī)較高轉(zhuǎn)速上升到3160r/min。昆明電廠兩套OPC同時(shí)運(yùn)行，調(diào)速閥關(guān)閉。當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)速降至3000時(shí)，15分鐘后，振蕩難以平息，直到該區(qū)域所有供電負(fù)荷全部切除，機(jī)組才會(huì)恢復(fù)穩(wěn)定正常狀態(tài)。3PC動(dòng)作行為分析：當(dāng)轉(zhuǎn)速未出現(xiàn)故障時(shí)，不進(jìn)行機(jī)械和電氣超速試驗(yàn)，只要轉(zhuǎn)速大于3090r/min，OPC出口就會(huì)動(dòng)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(shí)，調(diào)節(jié)閥將重新打開(kāi)，進(jìn)入自動(dòng)調(diào)速控制。在系統(tǒng)故障的瞬間，發(fā)電機(jī)的功率突然上升。由于故障點(diǎn)切除時(shí)間較長(zhǎng)，電網(wǎng)頻率下降，保護(hù)越級(jí)，導(dǎo)致電廠對(duì)側(cè)變電站110kV、220kV聯(lián)絡(luò)變壓器跳閘。故障點(diǎn)排除后，部分負(fù)荷甩出，由于汽輪機(jī)慣性，轉(zhuǎn)速升至3160r/min。OPC開(kāi)始快速關(guān)閉調(diào)速閥。調(diào)速閥關(guān)閉后，速度開(kāi)始下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至2950r/min時(shí)，調(diào)速閥開(kāi)始開(kāi)啟，轉(zhuǎn)速上升。由于調(diào)速系統(tǒng)速度慢和汽輪機(jī)組汽缸熱容量的存在，當(dāng)調(diào)速閥開(kāi)至預(yù)定閥位時(shí)，轉(zhuǎn)速滯后，轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)出現(xiàn)超調(diào)，升至3160r/min，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)3090r/min時(shí)，OPC再次動(dòng)作。由于發(fā)電機(jī)拖動(dòng)的有功功率較大，在OPC動(dòng)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(kāi)度增大，調(diào)節(jié)閥重新開(kāi)啟后出現(xiàn)超調(diào)。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(yù)，導(dǎo)致反復(fù)“振蕩”過(guò)程，無(wú)法穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。當(dāng)聯(lián)絡(luò)線斷開(kāi)，部分拖曳載荷脫落時(shí)，速度和功率的幅值減小，當(dāng)部分拖曳載荷去除時(shí)，速度和頻率趨于穩(wěn)定。3.1的影響 #p#分頁(yè)標(biāo)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(guò)500千伏羅馬線傳輸。由于省內(nèi)出線與負(fù)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(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(nèi)不可避免地會(huì)超過(guò)51.6Hz，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速會(huì)隨著電網(wǎng)頻率增加3000以上。此時(shí)如果所有火電機(jī)組OPC動(dòng)作，調(diào)速閥門同時(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(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(jī)組的PC和安全運(yùn)行根據(jù)OPC控制邏輯，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定機(jī)組調(diào)速閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。當(dāng)機(jī)組在某些區(qū)域加載時(shí)，由于調(diào)速閥開(kāi)啟滯后，速度超調(diào)將不可避免，導(dǎo)致機(jī)組功率波動(dòng)較大，長(zhǎng)期功率波動(dòng)會(huì)影響機(jī)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(jī)各級(jí)動(dòng)、靜葉片壓差增大，對(duì)各級(jí)葉片的沖擊應(yīng)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(wěn)定、鍋爐過(guò)熱器蒸汽瞬間停滯、過(guò)熱器超溫等危險(xiǎn)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(dòng)可能增大，汽輪機(jī)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(duì)火電機(jī)組超速限制OPC動(dòng)作與電網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題的高度重視。筆者認(rèn)為，火電機(jī)組的OPC保護(hù)功能不能只考慮保機(jī)組設(shè)備安全，同時(shí)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(jī)組的安全。(2)火電機(jī)組DEH中OPC的超速保護(hù)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(zhǔn)確掌握各火電機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在額定負(fù)荷下允許轉(zhuǎn)速分布情況，調(diào)整OPC的動(dòng)作定值。超速對(duì)OPC動(dòng)作值全部限制為3090r/min,是否合理，值得探討。(4)根據(jù)各臺(tái)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)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(jī)調(diào)節(jié)汽門的調(diào)節(jié)出現(xiàn)超調(diào)或滯調(diào)，對(duì)DEH中的自動(dòng)調(diào)頻需作進(jìn)一步研究。(6)對(duì)OPC控制邏輯進(jìn)一步研究，避免機(jī)組功率的反復(fù)擺動(dòng)，影響機(jī)組安全。