火電機組超速保護系統(tǒng)(Over speed Protect Controller 簡稱OPC)是一種抑制發(fā)電機組超速的保護控制，其作用是在汽輪機出現(xiàn)超速時，關閉所有調節(jié)汽門，防止汽輪機轉速進一步升高。它取代了傳統(tǒng)液壓調節(jié)系統(tǒng)的微分器，對發(fā)電機跳閘、甩負荷、103%額定轉速限制更精確可靠。OPC主要功能是：當汽輪機轉速達到3 090 r/min(額定轉速的103%)時關閉所有調節(jié)汽門，汽輪機轉速恢復至3 000 r/min后，重新開啟調節(jié)汽門維持汽輪機轉速在3 000 r/min；發(fā)電機跳閘后快速關閉所有調節(jié)汽門，汽輪機轉速恢復至3 000 r/min后，重新開啟調節(jié)汽門維持汽輪機轉速在3 000 r/min。盡管OPC對抑制汽輪機超速起到了預防作用，但是其控制特性，不能適應電網(wǎng)不同形態(tài)故障對機組的影響。昆明發(fā)電廠2004-02-24發(fā)生的1，2號機OPC動作，暴露出機組OPC控制的動作特性與電網(wǎng)故障配合還存在一定問題，這些問題不利于電網(wǎng)和機組的安全。 把安全工程師站點加入收藏夾
　　1 概 況
　　昆明發(fā)電廠現(xiàn)裝有2×100 MW燃煤機組，無中間再熱，兩臺機汽輪機調節(jié)系統(tǒng)現(xiàn)已改造為電液數(shù)字調節(jié)系統(tǒng)(DEH)。該電廠位于云南省電網(wǎng)負荷中心，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(變電站)發(fā)生故障與系統(tǒng)斷開，造成昆明發(fā)電廠兩臺機OPC動作。當日雙母線并列運行，通過聯(lián)絡線普普I、II回(昆明發(fā)電廠-普吉變)與系統(tǒng)連接。兩機共帶有功負荷190 MW，聯(lián)絡線輸送功率為 140 MW，供近區(qū)負荷為40 MW，廠用負荷10 MW。
　　2 故障現(xiàn)象
　　13:30，由于昆明發(fā)電廠并網(wǎng)對側的220 kV普吉變電站變壓器故障，造成昆明發(fā)電廠2臺機組、普吉變110 kV系統(tǒng)及所供近郊負荷與系統(tǒng)解列成一孤立系統(tǒng)，發(fā)電機組頻率迅速上升至52.7 Hz,汽輪機轉速最高升至3 160 r/min，昆明發(fā)電廠兩臺機OPC同時動作，調速汽門關閉，當兩機轉速降至3 000 r/min以下時，調速汽門又同時開啟，反復數(shù)次，兩臺機進入不穩(wěn)定反復“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)所供電負荷全部切除，機組才恢復穩(wěn)定正常狀態(tài)。
　　3 OPC動作行為分析
　　在轉速未出現(xiàn)故障、未進行機械、電氣超速試驗時，只要轉速大于3 090 r/min，OPC出口動作，關閉所有調節(jié)汽門，當轉速降至3 000 r/min以下時，調節(jié)汽門重新開啟，進入轉速自動調節(jié)控制。
　　在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的瞬間，發(fā)電機功率突升。由于故障點切除時間長，造成電網(wǎng)頻率下降，保護越級跳閘，使電廠對側變電站110 kV與220 kV聯(lián)絡變跳閘，故障點切除后，部分負荷甩開，由于汽輪機慣性，造成轉速上升，上升至3 160 r/min，OPC啟動快速關閉調速汽門。調速汽門關閉后，轉速開始下降，當轉速降到2 950 r/min時，調速汽門開始開啟，轉速上升。由于調速系統(tǒng)的遲緩率及汽輪機組汽缸熱容的存在，調速汽門開至預定閥位時， 轉速滯后，轉速自動調節(jié)出現(xiàn)超調，上升至3 160 r/min，轉速超過3 090 r/min時OPC又動作。由于發(fā)電機所拖動的有功功率大，造成在OPC動作調節(jié)汽門關閉后，轉速出現(xiàn)加速下降，所以在調速汽門重新開啟后又造成調速汽門開啟速率增大出現(xiàn)超調。在此過程中，DEH處于自動狀態(tài)，人員手動無法干預，出現(xiàn)反復“振蕩”過程，無法穩(wěn)定轉速。斷開聯(lián)絡線甩開部分拖動負荷后，轉速、功率來回振幅減小，再切除部分拖動負荷后，轉速、頻率趨于穩(wěn)定。
　　3.1 OPC對電網(wǎng)安全運行的影響
　　昆明發(fā)電廠兩臺機OPC動作后所引發(fā)的機組不穩(wěn)定，反映出火電機組DEH中的超速限制OPC的整定，在一定條件下與電網(wǎng)穩(wěn)定運行存在矛盾。云南電網(wǎng)現(xiàn)有19臺火電機組，共3 735 MW，機組均配置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500 kV羅馬線外送1 700 MW，由于外送電力占省內負荷比例較大，一旦外送聯(lián)絡線跳閘，將造成云南電網(wǎng)頻率升高，盡管電網(wǎng)已采取了高周切機措施，但是電網(wǎng)頻率仍不可避免地出現(xiàn)短時間超過51.6 Hz，發(fā)電機組的轉速將隨電網(wǎng)頻率上升超過3 090 r/min。此時，如所有火電機組OPC動作，調速汽門同時關閉，整個電網(wǎng)同時失去幾百萬的電源，其后果是不堪設想的。電網(wǎng)有可能因此而瓦解，也有可能出現(xiàn)類似昆明發(fā)電廠“2.24”事故的振蕩現(xiàn)象，最終導致電網(wǎng)崩潰。
　　3.2 OPC與機組的安全運行
　　按照OPC的控制邏輯，發(fā)電機轉速決定機組調速汽門的開閉，當機組帶有部分地區(qū)負荷時，由于調速氣門開啟滯后，轉速超調將不可避免，造成機組大幅度的功率波動，長時間的功率波動將影響機組的安全性。
　　OPC動作所引起的“功率振蕩”與一般的振蕩不同：(1) 汽輪發(fā)電機組是在全部切斷汽源后又突然大量進汽，這樣將造成汽輪機各級動、靜葉級間前后壓差增大，各級葉片受到的沖擊應力較大，有可能造成葉片損壞；(2) OPC動作，汽輪機進汽全部切斷后，會造成承壓部件超壓，安全閥動作，鍋爐燃燒不穩(wěn)定，鍋爐過熱器會出現(xiàn)蒸汽瞬間滯流，過熱器會發(fā)生超溫的危險工況。另外，由于OPC動作引起的轉速大幅度變化，有可能引起葉片的自激振動增大，汽輪機組支持軸承的油膜不穩(wěn)定。（考試大注冊安全工程師）
　　4 解決措施及建議
　　昆明發(fā)電廠“2.24”事故的發(fā)生，應引起各方專家對火電機組超速限制OPC動作與電網(wǎng)穩(wěn)定問題的高度重視。筆者認為，火電機組的OPC保護功能不能只考慮保機組設備安全，同時還要考慮電網(wǎng)安全，應將兩者結合統(tǒng)一考慮。
　　(1) 電網(wǎng)應考慮有效抑制電網(wǎng)頻率升高的技術措施，避免電力系統(tǒng)頻率升高影響火電機組的安全。
　　(2) 火電機組DEH中OPC的超速保護整定，應與電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定裝置合理配合，由調度部門統(tǒng)一管理，統(tǒng)一整定。
　　(3) 準確掌握各火電機組汽輪機轉子在額定負荷下允許轉速分布情況，調整OPC的動作定值。超速對OPC動作值全部限制為3 090 r/min,是否合理，值得探討。
　　(4) 根據(jù)各臺機組調速系統(tǒng)的速度變動率、遲緩率確定OPC動作時限。
　　(5) 為防止汽輪機調節(jié)汽門的調節(jié)出現(xiàn)超調或滯調，對DEH中的自動調頻需作進一步研究。
　　(6) 對OPC控制邏輯進一步研究，避免機組功率的反復擺動，影響機組安全。