火電機(jī)組OPC超速保護(hù)動作特性分析

邵云昶

【摘 要】火電機(jī)組OPC（超速保護(hù)系統(tǒng)）的作用是，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行超速后，控制其運(yùn)行的速度并進(jìn)行保護(hù)，做出保護(hù)動作。本文是基于某發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，總結(jié)了它的保護(hù)行為，以及超速保護(hù)整定值對電網(wǎng)運(yùn)行的影響，最后闡述了故障的解決措施。

【關(guān)鍵詞】火電機(jī)組OPC；超速保護(hù)動作特性；超速保護(hù)整定值

0 引言

火電機(jī)組OPC的運(yùn)行時(shí)，會關(guān)閉發(fā)電機(jī)的調(diào)氣閥門，控制轉(zhuǎn)速，即代替了液壓調(diào)節(jié)的微分器，根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，精確控制。但它雖然有這一優(yōu)勢，它的控制特性只適用于部分操作，不可以控制電網(wǎng)內(nèi)故障對機(jī)組的影響，而這一問題的存在，會直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定。

1 故障概況

該故障出現(xiàn)于昆明市內(nèi)某電廠的燃煤機(jī)組，這兩個(gè)機(jī)組的中間不會再次發(fā)熱，并用數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，它升壓站的電壓是110kV，用主線路的雙母線帶動其他線路的母線。故障發(fā)生后，變電站自動與系統(tǒng)斷開，讓電場內(nèi)的OPC裝置運(yùn)行。而這個(gè)故障具體的表現(xiàn)是：變壓器出現(xiàn)故障后，各個(gè)系統(tǒng)受到影響互為獨(dú)立，發(fā)電機(jī)運(yùn)行的頻率快速上升到52.7Hz，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到了每分鐘3160r，此時(shí)，OPC開始動作，待轉(zhuǎn)速下降到每分鐘3000r時(shí)，重新打開調(diào)速汽門，這個(gè)狀態(tài)重復(fù)多次，導(dǎo)致兩臺OPC運(yùn)行不穩(wěn)定。這一情況共發(fā)生15分鐘，待負(fù)荷全部切斷后，機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行。

2 OPC的行為分析

OPC的邏輯是分成三個(gè)部分，第一部分是OPC動化，第二部分是AND模塊與鋰負(fù)荷模塊，第三部分是把AND模塊細(xì)化，為OR模塊與兩個(gè)GT模塊，OR模塊包含的部分是機(jī)械超速與電氣測速的試驗(yàn)，以及轉(zhuǎn)速故障，兩個(gè)GT模塊分別對應(yīng)的是轉(zhuǎn)速和3090r/min，與2700r/min和脫網(wǎng)，它們把判斷結(jié)果傳輸?shù)紻G模塊后，轉(zhuǎn)化為OPC做出的保護(hù)動作。由此，可總結(jié)出，未進(jìn)行試驗(yàn)或判斷故障時(shí)，只要機(jī)組的轉(zhuǎn)速達(dá)到了3090r/min，OPC就會做出保護(hù)動作，如果轉(zhuǎn)速小于3000，可用系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)。而系統(tǒng)發(fā)生故障后，發(fā)電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的功率快速上升，且故障切斷后花費(fèi)的時(shí)間較長，可能會引發(fā)電網(wǎng)的頻率變緩，保護(hù)裝置做出動作，在110kV到220kV之間的線路跳閘，把故障點(diǎn)排除后，少部分負(fù)荷向外甩開，增加了轉(zhuǎn)速。此時(shí)，調(diào)速汽門會及時(shí)關(guān)閉，轉(zhuǎn)速隨之下降，減小轉(zhuǎn)速，閥門重新打開后，轉(zhuǎn)速增加。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)產(chǎn)生的功率較大，導(dǎo)致OPC做出動作時(shí)，可控制轉(zhuǎn)速，但它的控制結(jié)束后，調(diào)速會失衡，操作中，DEH是自動操作，技術(shù)人員無法干預(yù)它的運(yùn)行，借此，出現(xiàn)的結(jié)果是多次起伏，轉(zhuǎn)速有很大的變化空間。基于此，可分析出OPC對電網(wǎng)的影響，以及機(jī)組安全運(yùn)行的方式[1]。

2.1 1OPC對電網(wǎng)運(yùn)行的影響

OPC的運(yùn)行可能會產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況，而這也可以反映出它需要在某種情況下整定，以保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定。比如以云南省為例，在省內(nèi)有多臺火電機(jī)組，每個(gè)機(jī)組均配備了OPC，而云南也是我國重要的能源基地，在我國電力跨區(qū)域輸送上有重要影響。但它的基本情況是，省內(nèi)所有電力負(fù)荷中，外力占有很大一部分，如果內(nèi)部電網(wǎng)與外部連接的線路的發(fā)生跳閘，可能會導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的頻率升高，超過既定的赫茲，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會超過額定轉(zhuǎn)速，這時(shí)候如果所有OPC同時(shí)做出動作，電網(wǎng)的部分電源就會流失，影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定，讓電網(wǎng)崩潰。

2.2 超速保護(hù)整定值對電網(wǎng)的影響

觸發(fā)OPC的信號是甩負(fù)荷電信號，控制系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)速，實(shí)際過程中和機(jī)組原定的轉(zhuǎn)速沒有直接關(guān)系，由此可以把OPC判定為超速限制系統(tǒng)[2]。其主要控制兩部分，第一部分是轉(zhuǎn)速超過既定轉(zhuǎn)速的103%，第二部分是符合超過30%引發(fā)的機(jī)關(guān)跳閘。它恢復(fù)運(yùn)行需滿足的條件是，適當(dāng)延時(shí)時(shí)間，轉(zhuǎn)速少于3090r/min，此時(shí)電磁閥恢復(fù)到原位，隨后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)重新控制系統(tǒng)。但其實(shí)際保護(hù)中，也會得到保護(hù)的整定值，該數(shù)值的多少會影響電網(wǎng)的運(yùn)行。其包括兩部分，其一是建立仿真模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)中可查看不同發(fā)電機(jī)配置在保護(hù)與保護(hù)環(huán)境下的變化，以及線路內(nèi)母線可能出現(xiàn)的故障，從而了解電網(wǎng)中孤島的形成，其二是分析參數(shù)變化是否靈敏，即如果電網(wǎng)的運(yùn)行情況保持不變，改變觸發(fā)OPC的甩負(fù)荷電信號，其做出的保護(hù)動作會有很大的不同，若是電信號是50.5Hz，OPC會發(fā)生多次振蕩，若是電信號是52Hz，OPC只做出一次保護(hù)動作，控制了電網(wǎng)變化的頻率，基本保持電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定，這是一種情況，另一種情況是調(diào)整動作延時(shí)的時(shí)間，即電網(wǎng)條件、觸發(fā)電信號保持不變，可根據(jù)動作變化，適當(dāng)調(diào)整動作時(shí)延，形成孤島后，OPC受時(shí)延的影響，會做出不同的保護(hù)動作，延時(shí)時(shí)間為2.5s，系統(tǒng)如果只用OPC處理，雖會減少變化的頻次，但電網(wǎng)的運(yùn)行也變得不穩(wěn)定，故出現(xiàn)時(shí)延調(diào)整不當(dāng)后，可能會改變系統(tǒng)原有的 振蕩頻次，讓電網(wǎng)的運(yùn)行變得不穩(wěn)定。

2.3 OPC、機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的方式

根據(jù)OPC的邏輯，以及整定值對運(yùn)行的影響，得出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小決定了機(jī)組調(diào)氣閥門開啟、關(guān)閉的時(shí)間，又因?yàn)闄C(jī)組承擔(dān)部分其他地區(qū)的電力負(fù)荷，以及閥門開啟時(shí)間的延時(shí)，必然發(fā)生轉(zhuǎn)速超調(diào)，引發(fā)功率波動，影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。而OPC導(dǎo)致的振蕩和常見的振蕩也有很多不同，共有兩點(diǎn)，一是汽輪發(fā)電機(jī)組因故障停止進(jìn)氣后，恢復(fù)使用后會瞬間進(jìn)入大量的蒸汽，這會增加機(jī)組內(nèi)各部分承擔(dān)的壓力，形成了較大的沖擊力，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)屓~片（下轉(zhuǎn)第118頁）（上接第126頁）出現(xiàn)部分或全部損壞；二是OPC的保護(hù)動作，當(dāng)進(jìn)汽體不再進(jìn)入汽輪機(jī)，可能增加增壓零件的壓力值，讓安全閥做出保護(hù)動作，鍋爐燃燒受此影響，會破壞燃燒的穩(wěn)定，讓全部氣流在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)停止流動，讓鍋爐的溫度持續(xù)上升，引發(fā)操作危險(xiǎn)，而這也會讓葉片振動的幅度變大，影響油膜的穩(wěn)定。因此，為確保OPC和機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，需盡可能控制功率振蕩，以及機(jī)組承受的壓力，從而保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定。

3 故障解決方案

昆明某發(fā)電廠出現(xiàn)這一故障后，引起了社會各界對它的關(guān)注與重視，以期用恰當(dāng)?shù)姆绞奖３制溥\(yùn)行的穩(wěn)定[3]。但保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，也要保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全，綜合不同的因素統(tǒng)一分析。包括以下幾點(diǎn)：保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行中，應(yīng)深入研究保持其運(yùn)行頻率穩(wěn)定的技術(shù)，并把理論付諸到實(shí)踐中，以此避免運(yùn)行頻率提升影響機(jī)組安全；對機(jī)組中DEH和OPC的整定，需參考系統(tǒng)安全裝置的特點(diǎn)，讓兩者相互配合，而整定值的確定是由調(diào)度部門處理，完成整定；全面了解每個(gè)機(jī)組額定功率下的轉(zhuǎn)速，改變OPC的定值，如果把限制轉(zhuǎn)速全部設(shè)置為3090r/min，分析它是否可行；為預(yù)防超調(diào)或調(diào)速滯后的情況，還需優(yōu)化DEH的設(shè)計(jì)；分析OPC的邏輯，防止它反復(fù)擺動，破壞機(jī)組現(xiàn)有的穩(wěn)定。

4 結(jié)語

本文通過對火電機(jī)組OPC超速保護(hù)動作特性的闡述，提出OPC保護(hù)動作的不足是，受自動裝置影響，可能出現(xiàn)功率振動，所以為保證機(jī)組與電網(wǎng)的安全，需加大新技術(shù)的研究力度，以控制振蕩的出現(xiàn)，保證運(yùn)行的穩(wěn)定，且過程中也要根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整OPC的定值，并基于這一定值控制轉(zhuǎn)速，防止出現(xiàn)超調(diào)的情況，確保火電機(jī)組和電網(wǎng)均可穩(wěn)定運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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