火电机组OPC超速保护动作特性分析

邵云昶

【摘 要】火电机组OPC（超速保护系统）的作用是，当发电机运行超速后，控制其运行的速度并进行保护，做出保护动作。本文是基于某发电机组运行中出现的故障，总结了它的保护行为，以及超速保护整定值对电网运行的影响，最后阐述了故障的解决措施。

【关键词】火电机组OPC；超速保护动作特性；超速保护整定值

0 引言

火电机组OPC的运行时，会关闭发电机的调气阀门，控制转速，即代替了液压调节的微分器，根据发电机转速的变化，精确控制。但它虽然有这一优势，它的控制特性只适用于部分操作，不可以控制电网内故障对机组的影响，而这一问题的存在，会直接影响电网运行的稳定。

1 故障概况

该故障出现于昆明市内某电厂的燃煤机组，这两个机组的中间不会再次发热，并用数字调节系统调节，它升压站的电压是110kV，用主线路的双母线带动其他线路的母线。故障发生后，变电站自动与系统断开，让电场内的OPC装置运行。而这个故障具体的表现是：变压器出现故障后，各个系统受到影响互为独立，发电机运行的频率快速上升到52.7Hz，汽轮机的转速达到了每分钟3160r，此时，OPC开始动作，待转速下降到每分钟3000r时，重新打开调速汽门，这个状态重复多次，导致两台OPC运行不稳定。这一情况共发生15分钟，待负荷全部切断后，机组恢复运行。

2 OPC的行为分析

OPC的逻辑是分成三个部分，第一部分是OPC动化，第二部分是AND模块与锂负荷模块，第三部分是把AND模块细化，为OR模块与两个GT模块，OR模块包含的部分是机械超速與电气测速的试验，以及转速故障，两个GT模块分别对应的是转速和3090r/min，与2700r/min和脱网，它们把判断结果传输到DG模块后，转化为OPC做出的保护动作。由此，可总结出，未进行试验或判断故障时，只要机组的转速达到了3090r/min，OPC就会做出保护动作，如果转速小于3000，可用系统自动调节。而系统发生故障后，发电机运行产生的功率快速上升，且故障切断后花费的时间较长，可能会引发电网的频率变缓，保护装置做出动作，在110kV到220kV之间的线路跳闸，把故障点排除后，少部分负荷向外甩开，增加了转速。此时，调速汽门会及时关闭，转速随之下降，减小转速，阀门重新打开后，转速增加。因为发电机产生的功率较大，导致OPC做出动作时，可控制转速，但它的控制结束后，调速会失衡，操作中，DEH是自动操作，技术人员无法干预它的运行，借此，出现的结果是多次起伏，转速有很大的变化空间。基于此，可分析出OPC对电网的影响，以及机组安全运行的方式[1]。

2.1 1OPC对电网运行的影响

OPC的运行可能会产生不稳定的情况，而这也可以反映出它需要在某种情况下整定，以保证电网运行的稳定。比如以云南省为例，在省内有多台火电机组，每个机组均配备了OPC，而云南也是我国重要的能源基地，在我国电力跨区域输送上有重要影响。但它的基本情况是，省内所有电力负荷中，外力占有很大一部分，如果内部电网与外部连接的线路的发生跳闸，可能会导致电网运行产生的频率升高，超过既定的赫兹，发电机的转速也会超过额定转速，这时候如果所有OPC同时做出动作，电网的部分电源就会流失，影响电网运行的稳定，让电网崩溃。

2.2 超速保护整定值对电网的影响

触发OPC的信号是甩负荷电信号，控制系统的动态转速，实际过程中和机组原定的转速没有直接关系，由此可以把OPC判定为超速限制系统[2]。其主要控制两部分，第一部分是转速超过既定转速的103%，第二部分是符合超过30%引发的机关跳闸。它恢复运行需满足的条件是，适当延时时间，转速少于3090r/min，此时电磁阀恢复到原位，随后，调节系统重新控制系统。但其实际保护中，也会得到保护的整定值，该数值的多少会影响电网的运行。其包括两部分，其一是建立仿真模拟系统，该系统中可查看不同发电机配置在保护与保护环境下的变化，以及线路内母线可能出现的故障，从而了解电网中孤岛的形成，其二是分析参数变化是否灵敏，即如果电网的运行情况保持不变，改变触发OPC的甩负荷电信号，其做出的保护动作会有很大的不同，若是电信号是50.5Hz，OPC会发生多次振荡，若是电信号是52Hz，OPC只做出一次保护动作，控制了电网变化的频率，基本保持电网运行的稳定，这是一种情况，另一种情况是调整动作延时的时间，即电网条件、触发电信号保持不变，可根据动作变化，适当调整动作时延，形成孤岛后，OPC受时延的影响，会做出不同的保护动作，延时时间为2.5s，系统如果只用OPC处理，虽会减少变化的频次，但电网的运行也变得不稳定，故出现时延调整不当后，可能会改变系统原有的 振荡频次，让电网的运行变得不稳定。

2.3 OPC、机组稳定运行的方式

根据OPC的逻辑，以及整定值对运行的影响，得出发电机转速的大小决定了机组调气阀门开启、关闭的时间，又因为机组承担部分其他地区的电力负荷，以及阀门开启时间的延时，必然发生转速超调，引发功率波动，影响机组运行的稳定性。而OPC导致的振荡和常见的振荡也有很多不同，共有两点，一是汽轮发电机组因故障停止进气后，恢复使用后会瞬间进入大量的蒸汽，这会增加机组内各部分承担的压力，形成了较大的冲击力，严重时甚至会让叶片（下转第118页）（上接第126页）出现部分或全部损坏；二是OPC的保护动作，当进汽体不再进入汽轮机，可能增加增压零件的压力值，让安全阀做出保护动作，锅炉燃烧受此影响，会破坏燃烧的稳定，让全部气流在某个时间点停止流动，让锅炉的温度持续上升，引发操作危险，而这也会让叶片振动的幅度变大，影响油膜的稳定。因此，为确保OPC和机组稳定运行，需尽可能控制功率振荡，以及机组承受的压力，从而保证电网运行的稳定。

3 故障解决方案

昆明某发电厂出现这一故障后，引起了社会各界对它的关注与重视，以期用恰当的方式保持其运行的稳定[3]。但保证机组稳定运行的同时，也要保证电网运行的安全，综合不同的因素统一分析。包括以下几点：保证电网稳定运行中，应深入研究保持其运行频率稳定的技术，并把理论付诸到实践中，以此避免运行频率提升影响机组安全；对机组中DEH和OPC的整定，需参考系统安全装置的特点，让两者相互配合，而整定值的确定是由调度部门处理，完成整定；全面了解每个机组额定功率下的转速，改变OPC的定值，如果把限制转速全部设置为3090r/min，分析它是否可行；为预防超调或调速滞后的情况，还需优化DEH的设计；分析OPC的逻辑，防止它反复摆动，破坏机组现有的稳定。

4 结语

本文通过对火电机组OPC超速保护动作特性的阐述，提出OPC保护动作的不足是，受自动装置影响，可能出现功率振动，所以为保证机组与电网的安全，需加大新技术的研究力度，以控制振荡的出现，保证运行的稳定，且过程中也要根据实际情况，调整OPC的定值，并基于这一定值控制转速，防止出现超调的情况，确保火电机组和电网均可稳定运行。

【参考文献】

[1]陈兴华.基于安全自动装置控制的火电机组改进超速保护[J].电力系统保护与控制，2015，43（01）：150-154.

[2]樊利，倪政旦.火电机组超速保护整定值对地区电网的影响[J].陕西电力，2012，40（05）：70-72+77.

[3]李晓珺，张志强，吴丽华，戚江平，黎劲松.地区电网火电机组超速保护定值深化研究[J].电网技术，2013，37（09）：2521-2526.