罗 嘉，李 军，张红福

（1.广东电网公司电力科学研究院，广州 510600；2.广州粤能电力科技开发有限公司，广州 510600）

电力系统高频率运行将导致设备受损甚至破坏，引起电力系统崩溃等［1］。发电机高频自动切机保护根据电网当前频率来判断是否切机，当电网频率升高到一定值时，保护装置经过一定延时切除发电机［2］。典型的超速保护具有2项功能：

1）汽轮机103%超速保护，即当汽轮机转速升高至额定转速的103%（3090 r／min）时，关闭主汽调节阀和再热调节阀，使汽轮机迅速减负荷。汽轮机103%超速保护动作时对应系统频率为51.5 Hz，这类保护就是通常所说的OPC（over speed protection control超速保护控制）；

2）汽轮机110%超速保护，当汽轮机转速超过110%额定转速时，将迅速关闭主汽门、高压调节汽门和中压调节汽门，切除汽轮机，以防止引起重大事故。

在某些情况下，OPC对保持电力系统功角稳定起到了良好的作用［3］。但是，如果多台大机组的OPC同时动作，可能导致系统频率突然下降。这种情况下，当系统频率上升到汽轮机103%超速保护门槛值时，引起系统内所有装设OPC超速保护的火电机组快速关闭调节汽门，终止出力。于是系统频率出现骤降，待频率降低至50 Hz以下时，终止出力的机组又恢复出力，甚至可能使电网大规模地甩负荷，发生频率振荡或频率失稳事故，最终造成整个电网崩溃［4］，而且机组在甩负荷时由于蒸汽压力高会使汽门频繁开关，给机组轴系和热力系统造成频繁冲击，严重影响机组安全［5］。因此OPC策略的合理与否关系着电网和电厂两方面的安危，从电网安全运行角度考虑，希望高频切机保护的动作门槛值能有所不同，在电网频率上升51.5%之前时能首批切掉1～2台机组；从电厂安全角度考虑，希望在甩负荷时，转速能够得到更好的控制［6］。

根据电网频率动态特性来整定发电机组OPC定值，进行机网协调是目前关注的热点，多数解决方案是在局部地区内不同机组采用不同OPC动作定值，分批次切掉网内负荷［1］，本文以珠海电厂1期2×700 MW机组为例介绍一种根据功率不平衡情况来改变OPC动作定值的控制方式。可以从另外的角度提供一种稳定电网频率保证机组运行安全的途径。

1 设备概况

珠海发电厂一期为日本三菱2×700 MW亚临界机组。进汽机构由2个MSV（main steam valve高压主汽门）、4个GV（governor valve高压调节汽门）、2个RSV（reheat stop valve中压主汽门）和4个ICV（interceptor valve中压调节汽门）组成。其中中压主汽门和中压调节气门设在同一阀体内，组成中压联合汽门。系统采用高压抗燃油，液压机构采用一个油动机带一个阀门的控制方式，高压主汽阀、高压调节阀及中压调节阀均采用连续控制方式，由电液伺服阀进行驱动，中压主汽阀采用电磁阀控制方式［7］。

热控设备为日本三菱DIASYS－UP的DCS（distributed control system分散控制系统）。DEH系统（digital electro－hydraulic control数字电液调节系统）是挂在DIASYS－UP分散控制系统以太网上的独立系统，它通过以太网可以与其它系统进行数据通信，并实现对汽轮机组从启动、升速到带负荷的全过程控制。DEH系统控制功能包括：转速控制，负荷－频率控制，转子应力计算，阀试验功能，超速保护及试验，阀门切换和阀门管理。图1所示为该厂DEH系统调速控制系统模型框图。

图1 调速器模型Fig.1 Speed governing device

2 OPC控制逻辑分析

2.1 OPC保护逻辑

珠海电厂700 MW机组OPC保护功能在DEH柜内依靠硬回路实现［8］。OPC功能在甩负荷或超速时快关GV、ICV以控制汽机转速，使转速维持3000 r／min。OPC的控制逻辑以中压缸进汽压力与发电机功率之差，产生“ΔMW”信号值（0%～30%负荷为0，30%～60%负荷为0～1之间的某值，大于60%负荷为1），此信号与转速在3000～3210 r／min之间产生的信号（0～1之间的某值）叠加，若大于等于1，则OPC动作。OPC逻辑判断通过模件MTSD11输出至MOPC11模件，作三选二判断，输出驱动OPC电磁阀。

OPC动作具体值如图2所示：

1）在0%～30%的功率负荷不平衡期间，当实际转速≥3210 r／min时，OPC动作。

2）在30%～60%的功率负荷不平衡期间，Y＝－7／30×X＋1.14时，Y＝实际转速／3 000r／min，X＝｜中压缸进汽压力（折算为额定工况下的百分比）－发电机功率（折算为额定工况下的百分比）｜，OPC动作。

3）60%以上功率负荷不平衡时，无论转速为多少，OPC都动作。

图2 OPC产生逻辑图Fig.2 OPC logic diagram

2.2 FV保护逻辑

珠海电厂2号机FV保护功能在DEH柜内依靠硬回路实现。FV就是指中调门快关，由于中低压缸的出力占总出力的70%左右，在突然甩负荷时，快关中调门可控制汽机转速的飞升，所以在甩负荷大于40%时，FV动作。FV逻辑判断是通过MTSD12，再经过MTCL11作三选二判断，输出驱动FV电磁阀。FV触发条件存在时，中调门每隔10 s关闭一次，关闭约300 ms后打开。

3 OPC动作情况的测试

3.1 OPC动作调门关闭时间测试

选择1、2路转速输入，当转速信号加到3219 r／min时，OPC动作，所有调门迅速关闭，其行程曲线平滑、完整、没有抖动，汽门在OPC动作下动态特性良好，关闭时间符合标准。OPC动作后调门关闭记录曲线见图3所示，调门关闭时间见表1。

表1 终端节点回路链表Tab.1 Loop－link table of the terminal nodes

图3 OPC动作调门关闭时间动作曲线Fig.3 Curves of valve closing when OPC acting

3.2 功率负荷不平衡回路测试

为验证其功率不平衡回路动作的正确性，这里模拟了4种不同的工况，首先假定在实际功率为零，再分别4种情况下确定其中压缸进汽压力，以便模拟实际中功率不平衡情况的发生，通过频率发生器，在转速输入回路端子上加入3000 r／min的转速信号，逐步增加频率发生器的频率值，直至OPC保护动作，动作情况见表2，动作响应正确。

表2 功率不平衡功能测试结果Tab.2 Results of power－load imbalance

3.3 FV动作回路测试

增加中压缸入口蒸汽压力信号至1.56 MPa时，FV继电器开始动作。额定工况下中压缸入口蒸汽压力3.88 MPa，而实际功率信号为零，功率不平衡40%中压缸入口蒸汽压力理论值为1.55 MPa，因此认为FV动作值正确。图4是FV动作后中FV继电器动作5次的过程。中压缸入口蒸汽压力模拟信号增至1.58 MPa时，FV继电器动作；当FV触发条件一直存在时，FV继电器每隔约10 s动作一次，动作约300 ms后复位。见图2。说明FV逻辑正确，动作响应正确。

3.4 甩负荷试验结果

通过甩负荷试验可以实际确认该OPC控制逻辑的实际投运效果。实际分别进行了25%、50%、75%、100%等4种工况下的甩负荷试验，其中100%甩负荷工况最为恶劣，其最大飞升转速为3174 r／min，到达最大转速时间2.02 s，转速稳定时间27.62 s，可见转速控制效果良好。

图4 FV动作时间曲线Fig.4 Curve of valve closing when FV acting

4 结束语

本文介绍的这种思路和方法，与目前国内已经普遍采用的3090 r／min时OPC动作，及目前正在推广的在局部区域内的不同机组采用不同的OPC定值方案不同，而是采用了当功率负荷不平衡在0%～30%区间采用定值OPC控制，在30%～60%区间采用线性OPC定值控制，在60%以上区间OPC无条件动作的变频率控制方式，对抑制电网振荡、迅速恢复功率、防止事故扩大和保障汽轮机设备有重要意义［9］，为我国电网安全稳定措施及机网协调方案的制定提供了有益的借鉴。

［1］ 陈兴华，罗向东，吴国丙，等（Chen Xinghua，Luo Xiangdong，Wu Guobing，et al）.广东中珠电网电磁解环运行的机网协调方案（A machine－network coordination scheme of electromagnetic ring rejection for Guangdong Zhong－zhu power gid）［J］.南方电网技术（Southern Power System Technology），2008，2（3）：57－59.

［2］ 孙华东，王雪东，马世英，等（Sun Huadong，Wang Xuedong，Ma shiying，et al）.贵州主网及其地区电网孤网运行的安全稳定控制（Measures to improve system security and stability for isolated operation of Guizhou main power grid and its regional power networks）［J］.电网技术（Power System Technology），2008，32（17）：35－39，45.

［3］ 鲁顺，高立群，王珂，等（Lu Shun，Gao Liqun，Wang Ke，et al）.辽宁电网责任频率调整策略分析（Analysis of responsibility frequency regulation strategies of Liaoning power grid）［J］.继电器（Relay），2005，33（15）：86－89.

［4］ 陈又申，余正环（Chen Youshen，Yu Zhenghuan）.电网故障与火电厂机组控制应对（Countermeasures against power system failure for control of thermal power plants）［J］.中国电力（Electric Power），2005，38（3）：70－73.

［5］ 谭永强（Tan Yongqiang）.定能电厂电力系统稳定器的试验与分析（Test and analysis on power system stabilizer in Dingneng power plant）［J］.广东电力（Guangdong Electric Power），2006，19（8）：49－51.

［6］ 田丰，陈兴华，罗向东（Tian Feng，Chen Xinghua，Luo Xiangdong）.完善机组涉网控制提高电网可靠性（Perfect of unit control functions with grid to improve reliability of grid）［J］.电力系统及其自动化学报（Proceedings of the CSU－EPSA），2010，22（1）：116－119.

［7］ 林振智，文福拴（Lin Zhenzhi，Wen Fushuan）.电力工业市场化改革对电力系统恢复的影响（Impacts of power industry restructuring on power system restoration）［J］.电力系统及其自动化学报（Proceedings of the CSU－EPSA），2008，20（1）：9－14，27.

［8］ 范振宁（Fan Zhenning）.珠海发电厂2号汽轮机汽门的静态特性（Static characteristic of steam valves of No.2 turbine for Zhuhai power station）［J］.热力透平（Thermal Turbine），2009，38（3）：193－196.

［9］ Rutman Jacques，Walls F L.Characterization of frequency stability in precision frequency sources［J］.Proceedings of the IEEE，1991，79（7）：952－960.