富跃龙
神华国华(印尼)南苏发电有限公司（PT. GH EMM INDONEISA）
摘要：本文讨论了不稳定小电网下，汽机OPC动作的过程和原因分析，给出了对应的解决措施。同时也提出了需要继续研究、探讨的问题。
关键词：OPC 不稳定电网
1.前言
为防止汽轮机超速造成灾难性后果，现在汽机都设计有OPC和OPT两级防止汽机超速系统。
OPC (over speed control)：超速控制，当系统检测到汽机有超速的风险，通过快速关闭汽机调节阀油动机，待危险过后再将控制权交还调节系统控制。
OPT ( over speed trip)：超速保护，或称超速跳闸。当系统检测到汽机转速升高已经威胁到机组安全时，触发跳闸，停止汽轮机组运行。国内常规的配置是两套机械超速保护和两套电超速保护。机械超速保护为安装在前箱内的两个飞锤。汽机TSI系统和DEH系统各设有一套“三取二逻辑” 的电超速保护。机械超速的整定值一般为3250-3300rpm之间，电超速保护的整定值一般为110%额定转速，即3300rpm。目前百万机组上有取消机械超速，依靠故障安全型电超速保护系统完成的趋势。
国内汽机的OPC和OPT设计大同小异，是十分成熟的系统。某厂2×150MW机组位于印尼，汽轮机发电机组由哈汽提供，采用了哈汽厂的成型设计，但是在印尼这种极不稳定的小电网下，自投产后出线了一系列的问题。
2.某厂150MW机组及接入电网简介
某厂一期安装两台2×150MW凝汽式汽轮发电机组，其中汽机为哈尔滨汽轮机厂生产的型号为C135/N150-13.24/535/535/0.6865型汽轮机，该机系超高压、中间再热、三缸两排汽、抽汽凝汽式汽轮机。汽机配套的DEH系统由哈尔滨汽轮机厂成套供货，液压部分采用了高压抗燃油装置，工作压力为12～14MPa；电子部分采用北京和利时公司开发的MACS Ⅴ分布式控制系统，与DCS系统一体化。
电厂机组接入印尼南苏门答腊省电网（以下简称南苏电网）。南苏电网是一个孤立电网，目前还没有和其它省形成电气联系，主要电压等级是150kV，其次还有70kV。截止到2013年9月，南苏电网的总装机容量1606.9MW。该厂的机组是南苏电网单机容量最大的机组。
与国内电网相比，印尼南苏电网是非常小，而且非常不稳定的电网。以2014年不完全统计，电厂侧检测到的频率大于50.45Hz和小于49.55Hz的次数如下：
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从统计中可以看到，印尼电网相对国内电网脆弱的多，电网频率的波动幅度，波动速度远远大于国内电网。
3.某厂150MW机组OPC逻辑设计
某厂150MW机组的OPC功能触发后，动作如下
1.打开OPC电磁阀，卸掉EH油路中的OPC油压。
2.DEH系统中，将汽机调门的指令GVDMD切至-5%。
上述动作将导致汽机调速汽门快速关闭。
OPC触发条件有：
1.发变组油开关跳闸。动作2秒后复位。
2.转子加速度大。在上层主控单元下传的OIL_OK信号为1且本周期转速大于2800r/min的条件下，若连续两个周期的转速都比上一个周期的高4.5r/min（即加速度大于225rpm/s），回路动作。当本周期转速小于上周期的值、或本周期转速小于2800r/min、或OIL_OK信号为0，则回路复位。
3.转子速度大。当机组负荷小于10%即15MW时，汽机转速大于3090rpm触发，转子速度小于3030rpm复位。
上述功能1、2在DEH系统的SM633转速卡中实现，保证处理回路的反应速度，同时将动作信号上传控制器。功能3在DEH系统的控制器中实现，控制器运算周期100毫秒。
从上述可以看出，哈汽厂设计的OPC功能包括快速回路和慢速回路两个部分。快速回路在卡件中直接完成，实现油开关跳闸或汽机转子加速度大时触发OPC；慢速回路实现转速超过103%额定转速时触发OPC。快速回路动作后，将动作信号上传控制器，在控制器中触发OPC功能。
4.几次典型的OPC动作过程、原因分析及改进措施
1. 2011年11月22日18时22分，电厂出线线路故障，先后发生B相跳闸重合闸成功，A、C相跳闸重合闸成功，网频大幅波动，汽机OPC连续动作5 次，EH油压下降至9.8MPa，触发EH油压低保护动作，机组跳闸。相邻的Bukit Asam电厂3台65MW机组也在此次网频波动中全部跳闸。
当OPC动作时，OPC油管泄压，油动机压力油泄出，油动机快速关闭。OPC复位时，油动机整个油路又充油，油动机重新开启。整个过程中，用油量大大超出油泵正常出力，只能依靠系统的蓄能器进行补偿。如果频繁动作，蓄能器也难以补偿，EH油压便难以维持。
2.2014年10月31日-11月1日，因临近某电厂至线路接线故障，并且在处理过程中多次发生线路接地故障，电网频率多次大幅波动。印电2台机组先后发生OPC动作8次。即使没有触发OPC，机组参数的波动也十分惊人，比如一台机组转速瞬间从2956rpm升至3035rpm，负荷从116MW甩至78MW。
OPC动作原因分析。
上述机组OPC触发时，都是机组处于正常运行期间，负荷大于10%额定负荷（15MW），因此“发变组油开关跳闸”和“汽机转速高于103%额定转速（3090rpm）”均不会触发OPC。这个从DCS的历史记录中也可以佐证，记录到的最高转速没有达到3090rpm。因此导致OPC触发的条件是“转子加速大于225rpm/s”。
为提高OPC回路的可靠性，我们做了如下工作。
1.汽机EH油压低保护回路增加3秒的延时。这个是防止OPC频繁动作时，EH油压瞬间低于设定值9.8MPa而触发机组跳闸。
2.在卡件中实现的“OPC快速回路”动作后上传控制器的信号，早触发OPC慢速回路动作中增加2秒的延时返回。目的是当“OPC快速回路”动作后，触发慢速回路动作，并且保持2秒中，降低OPC动作的频率。同时将慢速回路中OPC复位转速从3060rpm改到3030rpm。
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这个逻辑修改，从实际效果看，效果有限。主要原因是DCS系统的控制器本质上是离散运算的，它的运算周期是100ms，远远大于“快速回路”中卡件的运算周期，经常出现“快速回路”已动作，但控制器“扑捉不到”的现象。
5.需要讨论的几个问题
1. “转子加速大于225rpm/s”触发OPC的必要性。转子加速度大，意味着①汽机超速的可能性增大；②汽机转子上的扭矩增大。对于第①条，从实践情况看，每次电网故障导致网频波动大时，都是加速度大，网频的极限值到不了51.5Hz（3090rpm）。只要机组依然在电网上，并没有超速的风险。对于第②条，由于网频波动过程中，由于汽机依然并在网上，汽机转子依然是跟随电网频率波动而加速、减速，不管OPC是否动作，附加在转子上，导致转子加速、减速的扭矩都存在。OPC动作时，切断了汽机进汽，有利于降低汽机转子上的扭矩，但是每次OPC复位时，调门重新开启，对汽机又是一个冲击。因此这是一个相当复杂的问题，有待于继续研究、探讨。
2.OPC逻辑与协调控制系统逻辑的配合。机组运行期间，如果协调控制系统在投入状态，当OPC动作时，机组负荷甩到0，DEH的控制方式从“远方”改为“阀控”。在切换的过程中，协调控制系统、DEH控制系统之间的逻辑配合关系需要严谨的设计，否则很容易导致系统动作错误。这个问题也有待于继续研究，探讨。
6.结束语
不稳定小电网，这在国内是不存在的。但随着国产发电设备进入一些基础设施不完善的国家，必然会面临这种情况。本文讨论了不稳定小电网下，汽机OPC动作的过程和原因分析，给出了对应的解决措施。同时也提出了需要继续研究、探讨的问题，抛砖引玉，供同行商榷。
参考文献:
【1】哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 C135/N150-13.24/535/535/0.69 型汽轮机启动运行说明书
【2】哈尔滨汽轮机控制工程有限公司 汽轮机DEH控制系统设计说明书