CN102434227A - 一种发电机组超速保护系统 - Google Patents

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侯凯元
安宁
邵广惠
施浩波
徐兴伟
夏天
夏德明
徐希望
王钢
赵敏
贾伟
訾鹏
岳涵
吴远志
张健男
周莹
马新
李泽宇
刘家庆
马志民
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Abstract

本发明提供了一种发电机组超速保护系统，控制输出信号作用于发电机组调速器系统，控制发电机的中压调节汽阀、高压调节汽阀以及主气阀，所述保护系统设置逻辑控制单元。本发明提供的发电机组超速保护系统，根据发电机组超速保护系统的动作特性，对发电机组超速保护系统进行建模仿真有利于促进机网协调控制，进一步提高电网安全稳定运行水平。

Description

一种发电机组超速保护系统
技术领域
本发明属于电力系统安全稳定控制领域，具体涉及一种发电机组超速保护系统。
背景技术
电厂和电网是电力系统重要的构成部分，两者密不可分。电厂调速系统动作直接影响到发电机的出力，从而影响到系统的有功、频率等，进而影响到整个系统的运行状态。现有的发电机组超速保护系统(Over Speed Protect Controller，简称OPC)是一种抑制发电机组超速的保护控制系统，其作用是在发电机转速超过一定限制，或者功率不平衡率超过一定限制，抢断调节系统的控制权，强行将调节气阀短时关闭，经过一定的延时，转速控制交给调节系统，以避免转速过高。但是，在发电机组并网运行时，如果发电机组超速保护系统控制策略选择不当，不仅无法实现对发电机本身的超速保护，而且会使气阀频繁开关，产生“乓乓”现象，给机组轴系和热力系统造成频繁冲击，严重影响机组安全，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。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种发电机组超速保护系统，根据发电机组超速保护系统的动作特性，对发电机组超速保护系统进行建模仿真有利于促进机网协调控制，进一步提高电网安全稳定运行水平。
为实现上述目的，本发明提供一种发电机组超速保护系统，控制输出信号作用于发电机组调速器系统，控制发电机的中压调节汽阀、高压调节汽阀以及主气阀；其改进之处在于，所述保护系统设置逻辑控制单元。
本发明提供的优选技术方案中，所述逻辑控制单元包括依次设置的中压调节气阀关闭模块、中高压调节气阀延迟关闭模块、中高压调节气阀快速关闭模块、气阀快速关闭模块和正常调节恢复模块。
本发明提供的第二优选技术方案中，所述中压调节气阀关闭模块，当发电机组转速达到发电机超速保护系统启动定值时快速关闭中压调节汽阀。
本发明提供的第三优选技术方案中，所述中高压调节气阀延迟关闭模块，根据判断条件，快速关闭中压调节汽阀并延迟Δt1关闭高压调节汽阀；其中，Δt1为关闭高压调节汽阀所需的延迟时间。
本发明提供的第四优选技术方案中，所述判断条件为以下两种：(1).在发电机组转速大于发电机超速保护系统启动定值小于107％n0，且功率不平衡率大于设定的功率不平衡率；(2).发电机组转速大于发电机超速保护系统启动定值小于107％n0，且转速增长速率超过设定的转速增长速率。
本发明提供的第五优选技术方案中，所述中高压调节气阀快速关闭模块，当发电机组转速处于107％n0＜n＜110％n0时，且功率不平衡率大于设定的功率不平衡率时或转速增长速率超过设定的转速增长速率时，快速关闭中压调节汽阀并快速关闭高压调节汽阀。
本发明提供的第六优选技术方案中，所述气阀快速关闭模块，当发电机组转速大于110％n0时，快速关闭调节气阀和主气阀。
本发明提供的第七优选技术方案中，所述正常调节恢复模块，在发电机组超速保护系统动作后，发电机组转速低于重开气阀定值时，延时Δt2使电磁阀复位，中高压调节气阀恢复至正常调节位；其中，Δt2为电磁阀复位所需的延迟时间。
本发明提供的第八优选技术方案中，n0为发电机组额定转速。
与现有技术比，本发明提供的一种发电机组超速保护系统，在电力系统机电暂态分析计算中建立了考虑发电机组中、高压调节气阀动作的发电机超速保护系统模型；该发电机超速保护系统的输出信号可以独立的控制发电机组的中压调节汽阀和高压调节汽阀，在紧急状态下快速控制主气阀，并可以根据机组实际情况设置合理的延时，这样可以在保证机组和电网安全的前提下有效的减少气阀的开闭，避免产生“乓乓”现象；该系统能够较为准确的反映发电机超速保护系统动作行为，扩展了机电暂态研究中对发电机超速保护系统的仿真分析，能够提升电力系统机电暂态仿真分析的准确性，为制定科学合理的电网安全稳定控制策略奠定了基础。
附图说明
图1为考虑发电机超速保护系统的发电机组功率控制示意图。
图2为发电机超速保护系统的逻辑控制环节示意图。
图3为发电机超速保护系统的设置界面。
图4为PMU实测发电机组转速与PSASP仿真对比曲线。
图5为PMU实测发电机组有功功率与PSASP仿真对比曲线。
具体实施方式
图1为考虑发电机超速保护系统的发电机组功率控制示意图，发电机超速保护系统的输出信号可以独立的控制发电机组的中压调节汽阀和高压调节汽阀，并在紧急状态下快速控制主气阀，输入信息包括发电机组转速、转速增长速率、功率不平衡率。
图2为发电机超速保护系统的逻辑控制环节示意图，包含6个逻辑控制规则：
规则1.发电机组转速达到发电机超速保护系统启动定值时快速关闭中压调节汽阀；
规则2.发电机组转速大于发电机超速保护系统启动定值小于107％n0，且功率不平衡率大于设定的功率不平衡率时，快速关闭中压调节汽阀并延迟Δt1关闭高压调节汽阀；
规则3.发电机组转速大于发电机超速保护系统启动定值小于107％n0，且转速增长速率超过设定的转速增长速率时，快速关闭中压调节汽阀并延迟Δt1关闭高压调节汽阀；
规则4.发电机组转速处于107％n0＜n＜110％n0，且功率不平衡率大于设定的功率不平衡率时或转速增长速率超过设定的转速增长速率时时，快速关闭中压调节汽阀并快速关闭高压调节汽阀；
规则5.发电机组转速大于110％n0，快速关闭调节气阀和主气阀；
规则6.发电机组超速保护系统动作后，发电机组转速低于重开气阀定值时，延时Δt2使电磁阀复位，中高压调节气阀恢复至正常调节位；
其中，假设n为发电机组转速，n0为机组额定转速，103％n0为发电机超速保护系统启动定值和重开气阀定值。
图3为电力系统分析综合程序(PSASP)的发电机超速保护系统的设置界面，该界面中可以设置发电机超速保护系统的的名称和编号、发电机超速保护系统启动定值和延时、重开气阀定值和延时、功率不平衡率以及转速增长速率，对应界面中继电器名称和继电器编号、OPC启动定值和延时、重开气阀定值和延时、功率不平衡率以及转速增长速率设置。
设置发电机超速保护系统启动定值为103％并延时Δt10.06s，重开气阀定值为103％并延时Δt20.06s；功率不平衡率为30％；转速增长速率为57.5r/min。
在东北电网数据基础上对霍林河1#机组装设超速保护，PMU实测发电机转速与基于电力系统分析综合程序(PSASP)仿真的发电机转速对比曲线如图4所示，横坐标为时间，图5为PMU实测发电机组有功功率与PSASP仿真对比曲线，横坐标为时间。从对比曲线可以看出，基于电力系统分析综合程序(PSASP)的仿真结果基本和PMU实测结果一致。
需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

Claims (9)

1.一种发电机组超速保护系统，控制输出信号作用于发电机组调速器系统，控制发电机的中压调节汽阀、高压调节汽阀以及主气阀；其特征在于，所述保护系统设置逻辑控制单元。
2.根据权利要求1所述的保护系统，其特征在于，所述逻辑控制单元包括依次设置的中压调节气阀关闭模块、中高压调节气阀延迟关闭模块、中高压调节气阀快速关闭模块、气阀快速关闭模块和正常调节恢复模块。
3.根据权利要求2所述的保护系统，其特征在于，所述中压调节气阀关闭模块，当发电机组转速达到发电机超速保护系统启动定值时快速关闭中压调节汽阀。
4.根据权利要求2所述的保护系统，其特征在于，所述中高压调节气阀延迟关闭模块，根据判断条件，快速关闭中压调节汽阀并延迟Δt1关闭高压调节汽阀；其中，Δt1为关闭高压调节汽阀所需的延迟时间。
5.根据权利要求4所述的保护系统，其特征在于，所述判断条件为以下两种：(1).在发电机组转速大于发电机超速保护系统启动定值小于107％n0，且功率不平衡率大于设定的功率不平衡率；(2).发电机组转速大于发电机超速保护系统启动定值小于107％n0，且转速增长速率超过设定的转速增长速率。
6.根据权利要求2所述的保护系统，其特征在于，所述中高压调节气阀快速关闭模块，当发电机组转速处于107％n0＜n＜110％n0时，且功率不平衡率大于设定的功率不平衡率时或转速增长速率超过设定的转速增长速率时，快速关闭中压调节汽阀并快速关闭高压调节汽阀。
7.根据权利要求2所述的保护系统，其特征在于，所述气阀快速关闭模块，当发电机组转速大于110％n0时，快速关闭调节气阀和主气阀。
8.根据权利要求2所述的保护系统，其特征在于，所述正常调节恢复模块，在发电机组超速保护系统动作后，发电机组转速低于重开气阀定值时，延时Δt2使电磁阀复位，中高压调节气阀恢复至正常调节位；其中，Δt2为电磁阀复位所需的延迟时间。
9.根据权利要求5、6、7所述的保护系统，其特征在于，n0为发电机组额定转速。
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