135MW汽轮机孤岛运行事故分析及解决措施

135MW汽轮机孤岛运行事故分析及解决措施

阅读：[310] 作者：代国超，闰广华，王录奎发表日期：2007-10-9

摘要：针对周口隆达发电有限公司2×135MW机组在电网发生严重故障时数字式电液控制系统(DEH)暴露出来的问题进行了分析，并提出了解决措施，即在DEH中增加功率-负荷不平衡判断、调频控制等功能。通过甩地区大电网负荷试验表明，改进后的控制系统满足孤立电网稳定运行的需要。

目前，有些机组不但并入地区大电网运行，同时还承担着厂用电与局域网的孤立电网负荷，在电气系统故障的情况下，原来并入地区大电网运行的机组，可能脱离地区大电网带孤立电网运行，即孤岛运行。孤岛运行不仅影响电厂机组的稳定运行，同时也危及整个孤立电网中正在运行的设备。

周口隆达发电有限公司2×135MW机组N135-13.24/535/535型超高压、中间再热反动式、双缸双排。汽凝汽式汽轮机，采用上海新华控制工程公司生产的；DEH-ⅢA控制系统。2004年6月25日，由于电网故障，2台机组脱离地区大电网22OkV母线，孤岛运行(图1)。事故前，电网频率为5OHz，2台机组有功功率为16OMW，l号、2号机组负荷分别为8OMW。系统故障后，2台机组有功功率降至7OMW左右，汽轮机转速上升至309Or/min，超速保护控制(OPC)动作；汽轮机转速降至300Or/min后又迅速飞升重复上述过程，23min内该过程出现252次之多。在此期间，2号机组因锅炉总燃料跳闸(MFT)导致汽轮机跳闸，1号机组孤岛运行，负荷在42MW至22MW之间大幅波动使OPC频繁动作，严重威胁了机组的安全运行。

一、事故原因分析

2台机组甩负荷后，由于发电机组原来带的负荷较大，突然进入孤岛运行后，汽轮机的转速必然上升，当其转速达到309Or/min时，OPC动作，调节阀关闭;当汽轮机转速降到300Or/min后，调节阀重新开启。原DEH设计中末考虑机组孤岛运行的特殊运行方式，当机组进入孤岛运行时，在功率回路控制下汽轮机转速会继续升高，直到OPC动作，快速关闭调节阀，导致机组负荷反复波动。因此，在机组脱离地区大电网进入孤岛运行时仅靠DEH的一次调频功能不能满足孤岛运行的要求。

二、技术改进

针对上述问题，对DEH进行以下技术改进：

(1)增加功率-负荷不平衡判断功能；

(2)提高OPC盼作设定值；

(3)增加孤岛运行控制、判断逻辑；

(4)在DEH中增加调频控制功能。

2.1 增加功率-负荷不平衡判断功能

将原OPC端子板更换为具有功率-负荷不平衡功能的OPC端子板，对机组甩负荷进行三取二的逻辑判断，直接驱动OPC电磁阀动作，这样系统反应速度快，可靠性较高。

当机组并入地区大电网运行时，功率-负荷不平衡量＞60%，OPC动作。

功率-负荷不平衡量由DEH进行运算，同时加入电网周波变化量。当功率-负荷不平衡量＞60%时，控制软件触发OPC电磁阀动作，以达到快速减负荷的目的。

2.2 改变OPC动作设定值

机组并网前的OPC动作定值没有改变，其定值为309Or/min，小于3085r/min自动复位。机组并入地区大电网后，且调频控制回路投入时:

(1)功率-负荷不平衡量＜30%时，OPC动作定值为321Or/min，即正常转速(300Or/min)的107%；

(2)功率-负荷不平衡量≥60%时，OPC动作。汽轮机转速是合成动作值，OPC动作区域为(3000~321O)r/min。

2.3 增加孤岛运行控制及判断逻辑

机组并网后，当汽轮机转速妄3060r/min时，认为孤岛运行，自动投入调频控制，切除机组协调自动控制和功率控制回路。DEH为阀位控制方式。

2.4 解除一次调频限制

当机组并入地区大电网运行后DEH自动投入一次调频功能。通过调频控制回路的投切来控制一次调频的死区和调频范围的大小。在调频控制回路末投入时，一次调频的死区为(一

2~+2)r/min(可调)，调频范围为(-17~+17)r/min;在调频控制回路投入时，一次调频的死区为(一122~+122)r/min，调频范围为(一150~+15O)r/min。一次调频功能增加高负荷限制功能。

2.5 增加调频控制功能

调频控制功能是根据电网的周波偏差，通过PID运算产生调频控制信号，并叠加到阀门控制指令上，通过增加或减少调节阀的开度来调节机组有功功率，以达到稳定电网周波的目的。调频控制投入条件:

(1)机组并入地区大电网后，当汽轮机转速偏差≥30r/min且＜60r/min时，可以由运行人员手动投入或退出调频控制功能。

(2)机组并入地区大电网后，当汽轮机转速偏差＞60r/min时，则强制投入调频控制功能，通过PID调节机组负荷，禁止手动退出调频控制。

调频控制与一次调频的关系:

(1)调频控制功能投入时，改变一次调频的调节范围。

(2)一次调频可以在功率回路闭环控制情况下起作用，调频控制功能投入时则切除功率闭环控制回路，投入DEH阀位控制。

(3)在调频控制回路投入时，调频控制和一次调频同时作用到阀位给定值部分，通过偏置调节汽轮机阀门开度。

调频控制及一次调频的控制原理见图2。

2.6 OPC与一次调频及调频控制关系

当功率-负荷不平衡量＞60%或汽轮机转速超过107%时，OPC动作，迅速关闭调节阀，发电机功率迅速下降，使功率与负荷尽快接近平衡。当汽轮机转速下降后，由一次调频和调频控制功能完成频率调整。汽轮机升速过程中，OPC动作定值仍然为103%。一次调频和调频控制作用的区域见图3。

三、孤岛运行模拟试验

周口隆达发电有限公司2×135MW机组出现孤岛运行事故后，对2号机组DEH进行了改进，并于2004年10月6日进行了甩地区大电网负荷带厂用电孤岛运行的试验，试验时机组运行参数为:调节级压力2.664MPa，发电机功率39.3MW，调节阀开度40.905，汽轮机转速300Or/min，再热调节阀开度98.05%。一次调频投入，调频控制功能末投入。

10.11.40试验开始，发电机侧解列地区大电网开关时，2号机负荷瞬间由39.06MW突降为

5.67MW，汽轮机转速随之升高，升至3060r/min时，调频控制功能自动投入。厂用电频率与额

定频率经调频控制PID偏差运算后，结合一次调频的功率调节，DEH发出减小调节阀开度的指令，阀门开度开始减少。同时，DEH自动切除了功率控制回路。10:11:44汽轮机转速升至309Or/min 时，DEH发出OPC动作指令，快速关闭调节阀，此时如果并网信号存在，则DEH同时按一定

的速率降低负荷给定值。汽轮机转速上升到3213r/min时，硬件OPC动作，所有调节阀迅速关

闭并保持不变，汽轮机转速开始下降。10:11:48OPC动作结束，10.11.50调节阀开启，汽轮机转速二次飞升，OPC再次动作，调节阀关闭。10.11.50 OPC复位，电网频率由一次调频和调频控制同时控制，至10:15:40电网频率基本稳定，试验结果达到了预期效果。

整个甩负荷试验过程中，OPC动作2次，频率波动8次，汽轮机转速峰值3248r/min，谷值2964r/min，过渡过程时间4min，试验曲线见图4。随后，2号机组重新并入地区大电网，投入正常运行。

四、存在问题及注意事项

(1)2号机组孤岛运行模拟试验甩负荷辐度不是很大，甩负荷幅度为85%(33.39MW)，汽轮机转速飞升峰值为3248r/min，接近2号机组机械超速保护动作值3270r/min。若是甩大负荷，汽轮机转速飞升会更高，所以机械超速动作值不宜调得太低，以免汽轮机跳闸。

(2)由于不允许迸行孤岛运行的带载试验，因此只能进行带厂用电试验。对于孤岛运行的控制性能，只能通过仿真进行验证。

(3)2台机组DEH技术改进后，还需要不断的试验和完善，以提高DEH的控制品质。

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