火電機組OPC超速保護動作特性分析

邵云昶

【摘 要】火電機組OPC（超速保護系統）的作用是，當發電機運行超速后，控制其運行的速度并進行保護，做出保護動作。本文是基于某發電機組運行中出現的故障，總結了它的保護行為，以及超速保護整定值對電網運行的影響，最后闡述了故障的解決措施。

【關鍵詞】火電機組OPC；超速保護動作特性；超速保護整定值

0 引言

火電機組OPC的運行時，會關閉發電機的調氣閥門，控制轉速，即代替了液壓調節的微分器，根據發電機轉速的變化，精確控制。但它雖然有這一優勢，它的控制特性只適用于部分操作，不可以控制電網內故障對機組的影響，而這一問題的存在，會直接影響電網運行的穩定。

1 故障概況

該故障出現于昆明市內某電廠的燃煤機組，這兩個機組的中間不會再次發熱，并用數字調節系統調節，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。故障發生后，變電站自動與系統斷開，讓電場內的OPC裝置運行。而這個故障具體的表現是：變壓器出現故障后，各個系統受到影響互為獨立，發電機運行的頻率快速上升到52.7Hz，汽輪機的轉速達到了每分鐘3160r，此時，OPC開始動作，待轉速下降到每分鐘3000r時，重新打開調速汽門，這個狀態重復多次，導致兩臺OPC運行不穩定。這一情況共發生15分鐘，待負荷全部切斷后，機組恢復運行。

2 OPC的行為分析

OPC的邏輯是分成三個部分，第一部分是OPC動化，第二部分是AND模塊與鋰負荷模塊，第三部分是把AND模塊細化，為OR模塊與兩個GT模塊，OR模塊包含的部分是機械超速與電氣測速的試驗，以及轉速故障，兩個GT模塊分別對應的是轉速和3090r/min，與2700r/min和脫網，它們把判斷結果傳輸到DG模塊后，轉化為OPC做出的保護動作。由此，可總結出，未進行試驗或判斷故障時，只要機組的轉速達到了3090r/min，OPC就會做出保護動作，如果轉速小于3000，可用系統自動調節。而系統發生故障后，發電機運行產生的功率快速上升，且故障切斷后花費的時間較長，可能會引發電網的頻率變緩，保護裝置做出動作，在110kV到220kV之間的線路跳閘，把故障點排除后，少部分負荷向外甩開，增加了轉速。此時，調速汽門會及時關閉，轉速隨之下降，減小轉速，閥門重新打開后，轉速增加。因為發電機產生的功率較大，導致OPC做出動作時，可控制轉速，但它的控制結束后，調速會失衡，操作中，DEH是自動操作，技術人員無法干預它的運行，借此，出現的結果是多次起伏，轉速有很大的變化空間。基于此，可分析出OPC對電網的影響，以及機組安全運行的方式[1]。

2.1 1OPC對電網運行的影響

OPC的運行可能會產生不穩定的情況，而這也可以反映出它需要在某種情況下整定，以保證電網運行的穩定。比如以云南省為例，在省內有多臺火電機組，每個機組均配備了OPC，而云南也是我國重要的能源基地，在我國電力跨區域輸送上有重要影響。但它的基本情況是，省內所有電力負荷中，外力占有很大一部分，如果內部電網與外部連接的線路的發生跳閘，可能會導致電網運行產生的頻率升高，超過既定的赫茲，發電機的轉速也會超過額定轉速，這時候如果所有OPC同時做出動作，電網的部分電源就會流失，影響電網運行的穩定，讓電網崩潰。

2.2 超速保護整定值對電網的影響

觸發OPC的信號是甩負荷電信號，控制系統的動態轉速，實際過程中和機組原定的轉速沒有直接關系，由此可以把OPC判定為超速限制系統[2]。其主要控制兩部分，第一部分是轉速超過既定轉速的103%，第二部分是符合超過30%引發的機關跳閘。它恢復運行需滿足的條件是，適當延時時間，轉速少于3090r/min，此時電磁閥恢復到原位，隨后，調節系統重新控制系統。但其實際保護中，也會得到保護的整定值，該數值的多少會影響電網的運行。其包括兩部分，其一是建立仿真模擬系統，該系統中可查看不同發電機配置在保護與保護環境下的變化，以及線路內母線可能出現的故障，從而了解電網中孤島的形成，其二是分析參數變化是否靈敏，即如果電網的運行情況保持不變，改變觸發OPC的甩負荷電信號，其做出的保護動作會有很大的不同，若是電信號是50.5Hz，OPC會發生多次振蕩，若是電信號是52Hz，OPC只做出一次保護動作，控制了電網變化的頻率，基本保持電網運行的穩定，這是一種情況，另一種情況是調整動作延時的時間，即電網條件、觸發電信號保持不變，可根據動作變化，適當調整動作時延，形成孤島后，OPC受時延的影響，會做出不同的保護動作，延時時間為2.5s，系統如果只用OPC處理，雖會減少變化的頻次，但電網的運行也變得不穩定，故出現時延調整不當后，可能會改變系統原有的 振蕩頻次，讓電網的運行變得不穩定。

2.3 OPC、機組穩定運行的方式

根據OPC的邏輯，以及整定值對運行的影響，得出發電機轉速的大小決定了機組調氣閥門開啟、關閉的時間，又因為機組承擔部分其他地區的電力負荷，以及閥門開啟時間的延時，必然發生轉速超調，引發功率波動，影響機組運行的穩定性。而OPC導致的振蕩和常見的振蕩也有很多不同，共有兩點，一是汽輪發電機組因故障停止進氣后，恢復使用后會瞬間進入大量的蒸汽，這會增加機組內各部分承擔的壓力，形成了較大的沖擊力，嚴重時甚至會讓葉片（下轉第118頁）（上接第126頁）出現部分或全部損壞；二是OPC的保護動作，當進汽體不再進入汽輪機，可能增加增壓零件的壓力值，讓安全閥做出保護動作，鍋爐燃燒受此影響，會破壞燃燒的穩定，讓全部氣流在某個時間點停止流動，讓鍋爐的溫度持續上升，引發操作危險，而這也會讓葉片振動的幅度變大，影響油膜的穩定。因此，為確保OPC和機組穩定運行，需盡可能控制功率振蕩，以及機組承受的壓力，從而保證電網運行的穩定。

3 故障解決方案

昆明某發電廠出現這一故障后，引起了社會各界對它的關注與重視，以期用恰當的方式保持其運行的穩定[3]。但保證機組穩定運行的同時，也要保證電網運行的安全，綜合不同的因素統一分析。包括以下幾點：保證電網穩定運行中，應深入研究保持其運行頻率穩定的技術，并把理論付諸到實踐中，以此避免運行頻率提升影響機組安全；對機組中DEH和OPC的整定，需參考系統安全裝置的特點，讓兩者相互配合，而整定值的確定是由調度部門處理，完成整定；全面了解每個機組額定功率下的轉速，改變OPC的定值，如果把限制轉速全部設置為3090r/min，分析它是否可行；為預防超調或調速滯后的情況，還需優化DEH的設計；分析OPC的邏輯，防止它反復擺動，破壞機組現有的穩定。

4 結語

本文通過對火電機組OPC超速保護動作特性的闡述，提出OPC保護動作的不足是，受自動裝置影響，可能出現功率振動，所以為保證機組與電網的安全，需加大新技術的研究力度，以控制振蕩的出現，保證運行的穩定，且過程中也要根據實際情況，調整OPC的定值，并基于這一定值控制轉速，防止出現超調的情況，確保火電機組和電網均可穩定運行。

【參考文獻】

[1]陳興華.基于安全自動裝置控制的火電機組改進超速保護[J].電力系統保護與控制，2015，43（01）：150-154.

[2]樊利，倪政旦.火電機組超速保護整定值對地區電網的影響[J].陜西電力，2012，40（05）：70-72+77.

[3]李曉珺，張志強，吳麗華，戚江平，黎勁松.地區電網火電機組超速保護定值深化研究[J].電網技術，2013，37（09）：2521-2526.