火電機(jī)組超速保護(hù)系統(tǒng)(Over speed Protect Controller 簡(jiǎn)稱(chēng)OPC)是一種抑制發(fā)電機(jī)組超速的保護(hù)控制，其作用是在汽輪機(jī)出現(xiàn)超速時(shí)，關(guān)閉所有調(diào)節(jié)汽門(mén)，防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高。它取代了傳統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的微分器，對(duì)發(fā)電機(jī)跳閘、甩負(fù)荷、103%額定轉(zhuǎn)速限制更精確可靠。OPC主要功能是：當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3 090 r/min(額定轉(zhuǎn)速的103%)時(shí)關(guān)閉所有調(diào)節(jié)汽門(mén)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)至3 000 r/min后，重新開(kāi)啟調(diào)節(jié)汽門(mén)維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在3 000 r/min；發(fā)電機(jī)跳閘后快速關(guān)閉所有調(diào)節(jié)汽門(mén)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)至3 000 r/min后，重新開(kāi)啟調(diào)節(jié)汽門(mén)維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在3 000 r/min。盡管OPC對(duì)抑制汽輪機(jī)超速起到了預(yù)防作用，但是其控制特性，不能適應(yīng)電網(wǎng)不同形態(tài)故障對(duì)機(jī)組的影響。昆明發(fā)電廠2004-02-24發(fā)生的1，2號(hào)機(jī)OPC動(dòng)作，暴露出機(jī)組OPC控制的動(dòng)作特性與電網(wǎng)故障配合還存在一定問(wèn)題，這些問(wèn)題不利于電網(wǎng)和機(jī)組的安全。 把安全工程師站點(diǎn)加入收藏夾
　　1 概 況
　　昆明發(fā)電廠現(xiàn)裝有2×100 MW燃煤機(jī)組，無(wú)中間再熱，兩臺(tái)機(jī)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)現(xiàn)已改造為電液數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)。該電廠位于云南省電網(wǎng)負(fù)荷中心，升壓站為110 kV雙母線帶旁路母線。2004-02-24，由于昆明發(fā)電廠并網(wǎng)點(diǎn)(變電站)發(fā)生故障與系統(tǒng)斷開(kāi)，造成昆明發(fā)電廠兩臺(tái)機(jī)OPC動(dòng)作。當(dāng)日雙母線并列運(yùn)行，通過(guò)聯(lián)絡(luò)線普普I、II回(昆明發(fā)電廠-普吉變)與系統(tǒng)連接。兩機(jī)共帶有功負(fù)荷190 MW，聯(lián)絡(luò)線輸送功率為 140 MW，供近區(qū)負(fù)荷為40 MW，廠用負(fù)荷10 MW。
　　2 故障現(xiàn)象
　　13:30，由于昆明發(fā)電廠并網(wǎng)對(duì)側(cè)的220 kV普吉變電站變壓器故障，造成昆明發(fā)電廠2臺(tái)機(jī)組、普吉變110 kV系統(tǒng)及所供近郊負(fù)荷與系統(tǒng)解列成一孤立系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)組頻率迅速上升至52.7 Hz,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速最高升至3 160 r/min，昆明發(fā)電廠兩臺(tái)機(jī)OPC同時(shí)動(dòng)作，調(diào)速汽門(mén)關(guān)閉，當(dāng)兩機(jī)轉(zhuǎn)速降至3 000 r/min以下時(shí)，調(diào)速汽門(mén)又同時(shí)開(kāi)啟，反復(fù)數(shù)次，兩臺(tái)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定反復(fù)“功率振蕩”狀態(tài)。持續(xù)15 min，振蕩難以平息，直到將該片區(qū)所供電負(fù)荷全部切除，機(jī)組才恢復(fù)穩(wěn)定正常狀態(tài)。
　　3 OPC動(dòng)作行為分析
　　在轉(zhuǎn)速未出現(xiàn)故障、未進(jìn)行機(jī)械、電氣超速試驗(yàn)時(shí)，只要轉(zhuǎn)速大于3 090 r/min，OPC出口動(dòng)作，關(guān)閉所有調(diào)節(jié)汽門(mén)，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至3 000 r/min以下時(shí)，調(diào)節(jié)汽門(mén)重新開(kāi)啟，進(jìn)入轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。
　　在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的瞬間，發(fā)電機(jī)功率突升。由于故障點(diǎn)切除時(shí)間長(zhǎng)，造成電網(wǎng)頻率下降，保護(hù)越級(jí)跳閘，使電廠對(duì)側(cè)變電站110 kV與220 kV聯(lián)絡(luò)變跳閘，故障點(diǎn)切除后，部分負(fù)荷甩開(kāi)，由于汽輪機(jī)慣性，造成轉(zhuǎn)速上升，上升至3 160 r/min，OPC啟動(dòng)快速關(guān)閉調(diào)速汽門(mén)。調(diào)速汽門(mén)關(guān)閉后，轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到2 950 r/min時(shí)，調(diào)速汽門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟，轉(zhuǎn)速上升。由于調(diào)速系統(tǒng)的遲緩率及汽輪機(jī)組汽缸熱容的存在，調(diào)速汽門(mén)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)，上升至3 160 r/min，轉(zhuǎn)速超過(guò)3 090 r/min時(shí)OPC又動(dòng)作。由于發(fā)電機(jī)所拖動(dòng)的有功功率大，造成在OPC動(dòng)作調(diào)節(jié)汽門(mén)關(guān)閉后，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)加速下降，所以在調(diào)速汽門(mén)重新開(kāi)啟后又造成調(diào)速汽門(mén)開(kāi)啟速率增大出現(xiàn)超調(diào)。在此過(guò)程中，DEH處于自動(dòng)狀態(tài)，人員手動(dòng)無(wú)法干預(yù)，出現(xiàn)反復(fù)“振蕩”過(guò)程，無(wú)法穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。斷開(kāi)聯(lián)絡(luò)線甩開(kāi)部分拖動(dòng)負(fù)荷后，轉(zhuǎn)速、功率來(lái)回振幅減小，再切除部分拖動(dòng)負(fù)荷后，轉(zhuǎn)速、頻率趨于穩(wěn)定。
　　3.1 OPC對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響
　　昆明發(fā)電廠兩臺(tái)機(jī)OPC動(dòng)作后所引發(fā)的機(jī)組不穩(wěn)定，反映出火電機(jī)組DEH中的超速限制OPC的整定，在一定條件下與電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行存在矛盾。云南電網(wǎng)現(xiàn)有19臺(tái)火電機(jī)組，共3 735 MW，機(jī)組均配置OPC。作為能源基地，云南電網(wǎng)在“西電東送”戰(zhàn)略中發(fā)揮著重要作用，在豐水期通過(guò)500 kV羅馬線外送1 700 MW，由于外送電力占省內(nèi)負(fù)荷比例較大，一旦外送聯(lián)絡(luò)線跳閘，將造成云南電網(wǎng)頻率升高，盡管電網(wǎng)已采取了高周切機(jī)措施，但是電網(wǎng)頻率仍不可避免地出現(xiàn)短時(shí)間超過(guò)51.6 Hz，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速將隨電網(wǎng)頻率上升超過(guò)3 090 r/min。此時(shí)，如所有火電機(jī)組OPC動(dòng)作，調(diào)速汽門(mén)同時(shí)關(guān)閉，整個(gè)電網(wǎng)同時(shí)失去幾百萬(wàn)的電源，其后果是不堪設(shè)想的。電網(wǎng)有可能因此而瓦解，也有可能出現(xiàn)類(lèi)似昆明發(fā)電廠“2.24”事故的振蕩現(xiàn)象，最終導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰。
　　3.2 OPC與機(jī)組的安全運(yùn)行
　　按照OPC的控制邏輯，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定機(jī)組調(diào)速汽門(mén)的開(kāi)閉，當(dāng)機(jī)組帶有部分地區(qū)負(fù)荷時(shí)，由于調(diào)速氣門(mén)開(kāi)啟滯后，轉(zhuǎn)速超調(diào)將不可避免，造成機(jī)組大幅度的功率波動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的功率波動(dòng)將影響機(jī)組的安全性。
　　OPC動(dòng)作所引起的“功率振蕩”與一般的振蕩不同：(1) 汽輪發(fā)電機(jī)組是在全部切斷汽源后又突然大量進(jìn)汽，這樣將造成汽輪機(jī)各級(jí)動(dòng)、靜葉級(jí)間前后壓差增大，各級(jí)葉片受到的沖擊應(yīng)力較大，有可能造成葉片損壞；(2) OPC動(dòng)作，汽輪機(jī)進(jìn)汽全部切斷后，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)熱器會(huì)出現(xiàn)蒸汽瞬間滯流，過(guò)熱器會(huì)發(fā)生超溫的危險(xiǎn)工況。另外，由于OPC動(dòng)作引起的轉(zhuǎn)速大幅度變化，有可能引起葉片的自激振動(dòng)增大，汽輪機(jī)組支持軸承的油膜不穩(wěn)定。（考試大注冊(cè)安全工程師）
　　4 解決措施及建議
　　昆明發(fā)電廠“2.24”事故的發(fā)生，應(yīng)引起各方專(zhuān)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(mén)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3 090 r/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(mén)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。