CN107654265A - 基于故障临界切除时间的汽轮机调门快关系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于故障临界切除时间的汽轮机调门快关系统的控制方法，在原有汽轮机调门快关功能触发逻辑基础上，加入了对电力系统故障类型的判断和延时时间的选择。先通过对电力系统瞬时故障的仿真模拟，确定了不同故障下汽轮机调门快关功能触发条件，进而通过对电力系统三相短路故障的仿真模拟，根据故障临界切除时间及电厂接地故障电流消失时间，确定不同发电机有功功率（标幺值）下最佳调门快关动作延时时间；采用本发明控制方法后，不仅可以屏蔽瞬间不正常功率信号的波动，同时也可以避免机组负荷突变时延时对机组安全运行造成的不利影响，有效地保证了电力系统的安全稳定性。

Description

基于故障临界切除时间的汽轮机调门快关系统的控制方法

技术领域

本发明涉及超临界汽轮机控制系统领域，尤其是一种基于故障临界切除时间的汽轮机调门快关系统的控制方法。

背景技术

随着特高压输电的接入并网，电力系统复杂性增大，这种情况下电网发生故障的可能性提升，从而降低了电力系统暂态稳定性。由于近年来机组容量不断增大，大型汽轮发电机组的轴系转动惯量降低，机组在动态扰动下飞升速度偏高，在扰动发生及扰动消除后，机组保持同步的能力有所降低。大型汽轮发电机组的汽轮机调门快关功能是用来改善电力系统暂态的有效措施。汽轮机调门通过改变开度来调节进汽量，实现对机组出力的调节。当电力系统发生瞬时故障或系统负荷骤减而出现甩负荷时，快速关闭调门能够迅速降低机组出力，同时延时开启可以使机组在故障消失后迅速恢复出力，以减少机械和电气功率的不平衡，防止汽轮机超速或者出现紧急停机，一定程度上避免机组解列处理，避免了因短路故障造成电力系统振荡，改善电力系统的暂态稳定。

但是实际运行中，快关功能误动事件也时有发生，通常是由于电力系统发生瞬时故障时，汽轮发电机实际输出的功率变化并未达到快关触发条件，但由于电气侧到汽轮机数字电液控制系统（DEH） 侧传输功率信号的功率变送器出现偏差，导致DEH 侧接收到的功率信号与电气侧不一致，造成了快关功能误动。调门快关误动会引起机械和电气功率不平衡，引发发电机逆功率保护动作，导致机组跳闸，从而影响机组的安全运行。因此国内部分电厂为了避免调门快关误动短路了快关动作，这样就失去了汽轮机调门快关原本的意义。当电力系统遭遇严重故障时，汽轮机发电机组只能停机处理。

中国专利申请号为201611039586.8的“一种解决高压直流换相失败引发电网暂态失稳的控制方法”，其提出了通过对快关汽门机组快关方式和快关汽门关闭时间的选择应对高压直流换相失败引起的电网暂态失稳问题。该技术仅针对某一特定电网故障设计了快关汽门的对应策略，并未针对电网线路故障下汽轮机调门快关系统控制逻辑及快关误动问题进行研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于故障临界切除时间的汽轮机调门快关系统的控制方法，针对于不同类型不同负荷下的电力系统故障，汽轮机调门快关动作进行相应的闭锁或延时，避免快关动作误动的同时，不降低电力系统暂态稳定性。

本发明的技术方案是：一种基于故障临界切除时间的汽轮机调门快关系统的控制方法，当电力系统发生故障产生瞬时波动时，汽轮机调门快关系统的控制方法包括以下步骤：

步骤S1：分析汽轮机调门快关系统的控制逻辑；

步骤S2：中压缸排汽压力实测值与中压缸排汽压力额定值相除，取标幺值；

步骤S3：发电机有功功率与功率额定值相除，取标幺值；

步骤S4：将步骤S2中压缸排汽压力标幺值与步骤S3中发电机有功功率标幺值相减求差，若两者差值大于-1且小于1.5时，认为数据准确，否则跳出判断逻辑，系统报错；

步骤S5：将步骤S4中得到的值进行判断，如果差值大于0.3，则进行下一步判断，如果大于0.39，则触发汽轮机的超速保护（OPC）指令；

步骤S6：对汽轮机DEH控制系统信号进行判断，如果功率信号质量良好；中压缸排汽压力信号质量良好；汽轮机未跳闸；调门快关未手动切除，以上条件均满足则进行下一步判断，否则，闭锁快关调门功能；

步骤S7：对中压缸排汽压力值进行判断，如果数值在0.03到1.2之间，认为中压缸排汽压力属于正常值，测量元件未损坏，则进行下一步判断，否则，闭锁快关调门功能；

步骤S8：对电力系统瞬时故障类型进行判断，如果发生三相短路故障，则进行下一步判断，否则，闭锁快关调门功能；

步骤S9：对发电机有功功率标幺值进行判断，如果数值大于0且小于0.8，则延时100ms，否则，延时90ms；

步骤S10：触发快关调门指令。

所述步骤S2具体为经传感器测量中压缸排汽压力，并进行三取中的判断逻辑，即取三个数据中位数，并与中压缸排汽压力额定值相除，取标幺值。

本发明在原有汽轮机调门快关功能触发逻辑基础上，加入了对电力系统故障类型的判断和延时时间的选择。先通过对电力系统瞬时故障的仿真模拟，确定了不同故障下调门快关功能触发条件。进而通过对电力系统三相短路故障的仿真模拟，根据CCT及电厂接地故障电流消失时间，确定不同发电机有功功率（标幺值）下最佳调门快关动作延时时间。

本发明基于故障临界切除时间对汽轮机调门快关系统控制逻辑进行优化，其优点是：本发明通过对CCT的研究，针对不同故障类型及不同负荷拟定不同的快关动作方案及快关延时时间，不仅可以解决因电力系统瞬时故障而引发的电力系统暂态失稳问题，同时也防止了调门快关功能误动事件的发生。屏蔽了瞬间不正常功率信号的波动，同时也避免了机组负荷突变时延时期对机组安全运行造成的不利影响，有效地保证了电力系统的安全稳定性。

在本发明中，步骤S8中闭锁快关调门功能，短路故障是电力系统中最典型最常见的故障形式。当电力系统发生非全相短路故障时，通过仿真发现，系统在绝大多数情况下都能继续保持稳定运行。只有在线路长度过长时，系统才可能失稳。调门快关功能的投入反而降低了系统的暂态稳定性，故此时应闭锁快关调门功能。

步骤S9中延时时间的选取，当延时时间较大时，若电力系统发生三相短路故障，CCT缩短，系统的暂态稳定性会降低；而当延时时间较小时，若信号或者逻辑处理不当，则会引起汽轮机调门异常动作，降低系统的运行稳定性。通过对电力系统三相短路故障的仿真模拟，确定不同发电机有功功率（标幺值）下的CCT，从而找出最佳调门快关动作延时时间。据统计，电厂接地故障电流消失时间都没有超过60ms，所以确定，当发电机有功功率（标幺值）大于0且小于0.8时，延时100ms，当发电机有功功率（标幺值）介于0.8到1之间，延时90ms。

附图说明

图1是汽轮机调门快关系统控制逻辑图；

图2是不同发电机有功功率下快关延时时间与故障临界切除时间关系图；

图3是汽轮机调门快关系统控制逻辑优化后三相短路故障时发电机转子角度变化情况。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：

如图1所示，以哈尔滨汽轮机厂生产的某600MW机组调门快关功能触发逻辑为研究对象，当电力系统发生故障产生瞬时波动时，调门快关系统控制逻辑先对中压缸排汽压力及发电机有功功率进行测量并取标幺值进行差值比较，两者差值只有大于-1且小于1.5的情况，认为数据准确，才进行后续判断，否则跳出判断逻辑，系统报错。若差值大于0.39，则触发超速保护（OPC）指令。如果差值大于0.3，则进行下一步判断；对汽轮机DEH控制系统信号进行判断，如果①功率信号质量良好；②中压缸排汽压力信号质量良好；③汽轮机未跳闸；④调门快关未手动切除，上条件均满足则进行下一步判断，否则，闭锁快关调门功能；与这些条件并列的是，判断中压缸排汽压力值在0.03到1.2之间，认为中压缸排汽压力属于正常值，测量元件未损坏。随后对电力系统瞬时故障类型进行判断。如果发生三相短路故障，则对发电机有功功率（标幺值）进行判断，数值若大于0且小于0.8，则延时100ms后出发快关调门指令，数值若在0.8到1之间，则延时90ms；否则，闭锁快关调门功能。

如图2所示，故障临界切除时间（CCT）代表了电力系统发生故障时稳定与不稳定的边界，根据故障临界切除时间可以判断快关延时对电力系统暂态稳定性影响。设置故障类型为三相短路故障，发电机有功功率（标幺值）取值范围分别为0.6-1，故障持续时间范围为0.04-0.6s，快关延时时间为0-200ms。仿真结果如图所示，不同曲线代表不同发电机有功功率（标幺值）下，不同快关延时时间对应的故障临界切除时间示意图。在设定的故障持续时间范围内，发电机有功功率（标幺值）为0.6时系统并未出现暂态失稳，故发电机有功功率（标幺值）越小，CCT越大，系统的暂态稳定性越高。当发电机有功功率（标幺值）大于0.6时，随着快关延时时间的增加，CCT逐渐减小，说明当快关延时时间越大，系统的暂态稳定性越低。快关延时时间较小时，快关延时动作并不会降低系统的暂态稳定性。故快关延时时间的选取应尽可能不使系统的暂态稳定性降低，同时也要考虑到因电力系统瞬时故障引起功率信号波动或功率信号本身异常扰动造成快关功能误动事件的影响，延时时间应该大于电厂接地故障电流消失时间60ms。当发电机有功功率（标幺值）在0.8-1范围内时，从图中可以看出延时时间为90ms时并未降低CCT，系统暂态稳定性较好。当发电机有功功率（标幺值）在0.7-0.8范围内时，从图像可以看出延时时间为100ms时并未降低CCT，由于发电机有功功率（标幺值）越小，CCT越大，可延时时间越长，故设定当发电机有功功率（标幺值）在0-0.8范围内时，延时时间为100ms。

如图3所示，验证采用本发明控制方法后汽轮机调门快关逻辑在电力系统发生三相短路故障时的作用效果。设置故障类型为三相短路故障，发电机有功功率（标幺值）为0.9，第20秒加入故障，故障持续时间0.2s，从图中可以看出，故障发生后，调门快关延时90ms动作，发电机转子角度出现了振荡，在振荡约4个周期后再次恢复稳定。屏蔽了电厂接地故障电流的影响，避免了机组负荷突变时延时期对机组安全运行造成的不利影响，有效地保证了电力系统的安全稳定性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于故障临界切除时间的汽轮机调门快关系统的控制方法，当电力系统发生故障产生瞬时波动时，汽轮机调门快关系统的控制方法包括以下步骤：

步骤S1：分析汽轮机调门快关系统的控制逻辑；

步骤S2：中压缸排汽压力实测值与中压缸排汽压力额定值相除，取标幺值；

步骤S3：发电机有功功率与功率额定值相除，取标幺值；

步骤S4：将步骤S2中压缸排汽压力标幺值与步骤S3中发电机有功功率标幺值相减求差，若两者差值大于-1且小于1.5时，认为数据准确，否则跳出判断逻辑，系统报错；

步骤S5：将步骤S4中得到的值进行判断，如果差值大于0.3，则进行下一步判断，如果大于0.39，则触发汽轮机的超速保护指令；

步骤S6：对汽轮机DEH控制系统信号进行判断，如果功率信号质量良好；中压缸排汽压力信号质量良好；汽轮机未跳闸；调门快关未手动切除，以上条件均满足则进行下一步判断，否则，闭锁快关调门功能；

步骤S7：对中压缸排汽压力值进行判断，如果数值在0.03到1.2之间，认为中压缸排汽压力属于正常值，测量元件未损坏，则进行下一步判断，否则，闭锁快关调门功能；

步骤S8：对电力系统瞬时故障类型进行判断，如果发生三相短路故障，则进行下一步判断，否则，闭锁快关调门功能；

步骤S9：对发电机有功功率标幺值进行判断，如果数值大于0且小于0.8，则延时100ms，否则，延时90ms；

步骤S10：触发快关调门指令。

2.根据权利要求1所述的基于故障临界切除时间的汽轮机调门快关系统的控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体为经传感器测量中压缸排汽压力，并进行三取中的判断逻辑，即取三个数据中位数，并与中压缸排汽压力额定值相除，取标幺值。