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摘要：发电厂送出系统中断后，运行机组突然甩负荷，将引起汽轮机超速。通行的做法是配置OPC保护快关调门，但在送出系统中断或电力系统有扰动时，OPC会误动作，给系统和机组带来不利影响。通过分析，文章提出了由发电机零功率保护来保护发电机组在送出线路中断后的安全策略。
关键词：送出线路中断；OPC；汽轮机超速；发电机零功率保护
近年来随着大容量、远距离输电方式的大量应用，发电厂送出线路采用远距离输电方式。增加了送出系统的隐患，另外几年来极端恶劣天气的出现，也给输电线路的可靠性带来严重考验。而发电厂送出系统中断对机组的影响较大，送出系统中断后，运行中的发电机组突然甩负荷，将引起汽轮机组超速。机组甩负荷后，如何来保证机组安全，机组的控制保护策略如何来设置。目前，通行的方法是通过两道措施来保护机组的安全，一是通过OPC保护快关调节汽门，减少汽轮机进汽量，将汽机转速降下来；二是汽机调速系统（DEH）未能控制住转速，机组危急保安器动作关闭主汽门，保护汽轮机组，超速保护是控制机组超速的最后一道防线，通过其动作时机组可能已经有损伤，是最坏的措施，这里不做讨论。而近几年来，也有几个发电厂出现OPC误动作情况。
1 OPC超速保护分析
为了防止汽轮机超速，设置了OPC超速保护，火电机组超速保护系统（Over speed Protect Controller）是一种抑制发电机组超速的保护控制，其作用是在汽轮发电机组出现超速时，关闭所有调节汽门，防止汽轮机转速进一步升高。它取代了传统液压调节系统的微分器，对发电机跳闸、甩负荷、103%额定转速限制更精确可靠。OPC主要功能是：当汽轮机转速达到3090r/min（额定转速的103%）时关闭所有调节汽门，汽轮机转速恢复至3000r/min后，重新开启调节汽门维持汽轮机转速在3000r/min。
OPC动作逻辑各厂不尽相同，基本为如下条件：a.机组转速超过3090rpm。b.机组甩负荷时发电机断路器解列后转速大于2900rpm时转速飞升过快（加速度）。c.发电机解列瞬间如果中压缸排汽压力大于额定值的15%，则无论此时转速是否超过3090rpm，OPC电磁阀都要动作2秒，这就是甩负荷预感器（LDA）的功能。
简单来说，甩负荷分为两种，一种是主动甩负荷：当电网提供的有功大大小于系统需要的有功，主动甩掉部分不重要的负荷，提高电网供电质量。一种是故障甩负荷，发生这种事故的原因除了电网不正常之外，发电机的主开关跳闸、汽机主汽门脱扣等都是引起该事故的原因。当电站突然甩去大量负荷时，当甩负荷导致转速没有达到OPC电磁阀动作要求的时候，调速系统会自动关小调整气门，减少进气量而降低转速。当转速超过103%OPC电磁阀动作，所有调节阀立即关闭，保持数秒或转速降低到复位转速再从新打开。当转速超过110%，AST电磁阀动作，主汽门，调速汽门关闭，汽机跳闸。
2 存在问题
OPC动作是否合适，需详细分析动作逻辑情况。OPC对防止汽轮机组超速起到了作用，但在电网发生不同情况故障时，其控制功能将不能很好适应。
2.1 送出系统中断，发电机主开关跳闸。
控制系统FCB，如果不成功，转速上升可能导致OPC动作，此时汽轮机控制方式为转速控制，维持3000转。保护机组安全。
2.2 送出系统未中断，发电机开关没有跳闸。
电网高频运行导致OPC动作，发电机会带有一定负荷，由于汽轮机DEH没有检测到发电机开关跳闸，所以控制方式仍然为负荷控制，调门关闭后，经过延时后还会维持以前的开度，OPC会多次动作。当电网发生故障甩负荷时，虽然电网装有安稳装置远方切机和高周波切机措施，但仍不可避免电网短时高频运行，如汽轮机组OPC多次动作，会造成并网机组发生甩负荷、振荡，进而引发电网的低频振荡甚至扩大成电网瓦解事故。另外当机组OPC动作后，机组调门关闭，但由于主开关不跳闸，发电机机组会吸收电网有功，对汽轮机末级叶片损害较大。
2.3 送出系统中断，但是发电机主开关未断开。
DEH不能切换为转速控制，控制方式仍然为负荷控制，将导致转速飞升，OPC动作关调门，延时之后还会维持以前的开度，OPC会多次动作，对机组运行不利。
近年来，发电厂发生了几起OPC不正确动作事件，给机组安全带来很大安全隐患。
3 发电机零功率保护
汽轮发电机组在正常运行时，如果突然甩负荷，虽然发电机输出电流突然降到一个低值，电枢反应突然降低，但是由于调速系统和自动调节励磁装置都是由惯性环节组成，转速将上升，同时由于励磁电流不能突变，使得发电机电压在短时间内也要上升，若不采取措施，将危及机组安全。
发电机零功率保护，通过判断机端功率的变化情况，来判断是否发生送出中断，进而保护机组安全。
3.1 保护功能
发电机零功率保护用发电机机端有功功率为特征量，通过判断机端有功功率值在极短时间内的变化情况，来判断机组是否处于送出中断的工况。具体策略为判断机端有功功率值是否在极短时间内从一高值（PF>）降至一低值（PF<），若是则必然是发生了有功功率不能送出的情况，否则则为机组负荷正常波动。
只要选择合适的有功功率高值、低值与合适的时间段，保证系统扰动时发电机组侧有功功率摆动远不会达到此条件，再加上其它辅助判据，就能正确判断发电机组是否发生了甩负荷工况。
3.2 保护动作逻辑
发电机零功率保护的逻辑原理如图l所示。
功能解释：
Pf<：有功功率小于某值时动作（以机组厂用电率为参考值）。
Pf>：有功功大于某值时动作（可近似采用机组额定有功功率的1/3）。
Ul<：低电压闭锁。 SV：主汽门动作。
T1：瞬时动作，延时t1返回。
T2：延时t2动作，瞬时返回。
零功率的动作逻辑为：
当发生送出系统突然故障时，发电机有功从高值Pf>突然下降到低值Pf<以下时，Pf>功率高值模块瞬时动作，延时t1后返回，Pf（功率低值模块动作。发电机有功从Pf>到Pf>的下降时间小于Pf>返回时间，保护装置可靠动作。
当机组正常速度减负荷时，减负荷时间远小于于T1元件，确保正常升降负荷时保护不误动。
当测量PT断线时，闭锁保护装置。
3.3 实际应用
以某发电厂’一次实例来说明。送出系统如图2所示，电厂送出系统远方开关跳开而站内开关未跳开使得发电机组功率不能送出。
某发电厂#1、#2、#3、#5、#6机组运行，#4机停运；厂A Ⅰ线、厂A Ⅲ线运行，AB Ⅰ线、AB Ⅱ线运行，VA Ⅱ线检修。某发电厂全厂上网电力为1322MW，#1机出力270MW，#2机出力270MW，#3机组出力272MW，#5机组出力278MW，#6机组出力281MW。
02：48：51，AB Ⅰ线发生C相接地故障，26ms线路保护正确动作跳开C相，1088ms后变电站A开关重合于永久故障，三相跳开，AB Ⅰ线跳开。根据安稳切机策略表，于02：48：51，1243ms切#6机组。
02：48：56，AB Ⅱ线又发生C相接地故障，25ms线路保护正确动作跳开C相，变电站A开关1053ms后重合于永久故障，三相跳开：变电站B开关1081ms后重合于永久故障，三相跳开。此时，AB Ⅱ线跳开。根据安稳切机策略表，于02：48：57，1243ms切#2机组。
这时，某发电厂500KV升压站送出系统全部中断如图2所示，但500KV站内开关仍在合环运行，#1、#3、#5发电机组主开关仍在合闸位置，汽机调节系统的并网信号仍在，机组按并网时的负荷指令运行，而实际情况却是送出系统中断，发电机组用于转换电磁功率的热动能将全部转换成机械能使转速飞速快速上升，后果将很严重。由于该发电厂机组全部装设了发电机零功率保护，快速判断出发电机组出现了功率不能送出的工况，动作于全停，关闭主汽门保护汽轮机，及时避免了在送出系统中断后，五台机组故障。
4 方案比较
在机组甩负荷后如何来保护机组的安全，不使汽轮机飞车。常规做法是OPC，由负荷控制转为转速控制，一般采用并网主开关的位置信号作为起动量，存在隐患，在长距离发输电系统中，其非本站开关跳开，切断了输电通道，而本站内发电机主开关并未跳开仍判断为机组并网运行，不能快速转为转速控制。
发电厂送出系统中断后，送出通道已中断，发电机组电磁功率不能送出。机组装设发电机零功率保护，能够准确快速地判断出发电机组出现了功率不能送出的情况，动作于全停，快速关闭汽轮机主汽门保护汽轮机组，保证了机组安全。装设发电机零功率保护是一种快速、可靠的保护方式。
5 结语
对于远距离大功率交流送出系统，尤其是送出通道经中间开关站转接的系统，出现远方开关跳开而站内开关未跳开的情况会发生，这样装设发电机零功率保护来判断发电机组功率不能送出的工况显得尤为必要。发电机零功率保护能快速判断出是否发生了功率不能送出工况，能很好地防止汽轮机超速。因此，大型汽轮发电机组均应配备发电机零功率保护，作为防止汽轮机组超速上升的一个必备手端。
关键词：送出线路中断；OPC；汽轮机超速；发电机零功率保护
近年来随着大容量、远距离输电方式的大量应用，发电厂送出线路采用远距离输电方式。增加了送出系统的隐患，另外几年来极端恶劣天气的出现，也给输电线路的可靠性带来严重考验。而发电厂送出系统中断对机组的影响较大，送出系统中断后，运行中的发电机组突然甩负荷，将引起汽轮机组超速。机组甩负荷后，如何来保证机组安全，机组的控制保护策略如何来设置。目前，通行的方法是通过两道措施来保护机组的安全，一是通过OPC保护快关调节汽门，减少汽轮机进汽量，将汽机转速降下来；二是汽机调速系统（DEH）未能控制住转速，机组危急保安器动作关闭主汽门，保护汽轮机组，超速保护是控制机组超速的最后一道防线，通过其动作时机组可能已经有损伤，是最坏的措施，这里不做讨论。而近几年来，也有几个发电厂出现OPC误动作情况。
1 OPC超速保护分析
为了防止汽轮机超速，设置了OPC超速保护，火电机组超速保护系统（Over speed Protect Controller）是一种抑制发电机组超速的保护控制，其作用是在汽轮发电机组出现超速时，关闭所有调节汽门，防止汽轮机转速进一步升高。它取代了传统液压调节系统的微分器，对发电机跳闸、甩负荷、103%额定转速限制更精确可靠。OPC主要功能是：当汽轮机转速达到3090r/min（额定转速的103%）时关闭所有调节汽门，汽轮机转速恢复至3000r/min后，重新开启调节汽门维持汽轮机转速在3000r/min。
OPC动作逻辑各厂不尽相同，基本为如下条件：a.机组转速超过3090rpm。b.机组甩负荷时发电机断路器解列后转速大于2900rpm时转速飞升过快（加速度）。c.发电机解列瞬间如果中压缸排汽压力大于额定值的15%，则无论此时转速是否超过3090rpm，OPC电磁阀都要动作2秒，这就是甩负荷预感器（LDA）的功能。
简单来说，甩负荷分为两种，一种是主动甩负荷：当电网提供的有功大大小于系统需要的有功，主动甩掉部分不重要的负荷，提高电网供电质量。一种是故障甩负荷，发生这种事故的原因除了电网不正常之外，发电机的主开关跳闸、汽机主汽门脱扣等都是引起该事故的原因。当电站突然甩去大量负荷时，当甩负荷导致转速没有达到OPC电磁阀动作要求的时候，调速系统会自动关小调整气门，减少进气量而降低转速。当转速超过103%OPC电磁阀动作，所有调节阀立即关闭，保持数秒或转速降低到复位转速再从新打开。当转速超过110%，AST电磁阀动作，主汽门，调速汽门关闭，汽机跳闸。
2 存在问题
OPC动作是否合适，需详细分析动作逻辑情况。OPC对防止汽轮机组超速起到了作用，但在电网发生不同情况故障时，其控制功能将不能很好适应。
2.1 送出系统中断，发电机主开关跳闸。
控制系统FCB，如果不成功，转速上升可能导致OPC动作，此时汽轮机控制方式为转速控制，维持3000转。保护机组安全。
2.2 送出系统未中断，发电机开关没有跳闸。
电网高频运行导致OPC动作，发电机会带有一定负荷，由于汽轮机DEH没有检测到发电机开关跳闸，所以控制方式仍然为负荷控制，调门关闭后，经过延时后还会维持以前的开度，OPC会多次动作。当电网发生故障甩负荷时，虽然电网装有安稳装置远方切机和高周波切机措施，但仍不可避免电网短时高频运行，如汽轮机组OPC多次动作，会造成并网机组发生甩负荷、振荡，进而引发电网的低频振荡甚至扩大成电网瓦解事故。另外当机组OPC动作后，机组调门关闭，但由于主开关不跳闸，发电机机组会吸收电网有功，对汽轮机末级叶片损害较大。
2.3 送出系统中断，但是发电机主开关未断开。
DEH不能切换为转速控制，控制方式仍然为负荷控制，将导致转速飞升，OPC动作关调门，延时之后还会维持以前的开度，OPC会多次动作，对机组运行不利。
近年来，发电厂发生了几起OPC不正确动作事件，给机组安全带来很大安全隐患。
3 发电机零功率保护
汽轮发电机组在正常运行时，如果突然甩负荷，虽然发电机输出电流突然降到一个低值，电枢反应突然降低，但是由于调速系统和自动调节励磁装置都是由惯性环节组成，转速将上升，同时由于励磁电流不能突变，使得发电机电压在短时间内也要上升，若不采取措施，将危及机组安全。
发电机零功率保护，通过判断机端功率的变化情况，来判断是否发生送出中断，进而保护机组安全。
3.1 保护功能
发电机零功率保护用发电机机端有功功率为特征量，通过判断机端有功功率值在极短时间内的变化情况，来判断机组是否处于送出中断的工况。具体策略为判断机端有功功率值是否在极短时间内从一高值（PF>）降至一低值（PF<），若是则必然是发生了有功功率不能送出的情况，否则则为机组负荷正常波动。
只要选择合适的有功功率高值、低值与合适的时间段，保证系统扰动时发电机组侧有功功率摆动远不会达到此条件，再加上其它辅助判据，就能正确判断发电机组是否发生了甩负荷工况。
3.2 保护动作逻辑
发电机零功率保护的逻辑原理如图l所示。
功能解释：
Pf<：有功功率小于某值时动作（以机组厂用电率为参考值）。
Pf>：有功功大于某值时动作（可近似采用机组额定有功功率的1/3）。
Ul<：低电压闭锁。 SV：主汽门动作。
T1：瞬时动作，延时t1返回。
T2：延时t2动作，瞬时返回。
零功率的动作逻辑为：
当发生送出系统突然故障时，发电机有功从高值Pf>突然下降到低值Pf<以下时，Pf>功率高值模块瞬时动作，延时t1后返回，Pf（功率低值模块动作。发电机有功从Pf>到Pf>的下降时间小于Pf>返回时间，保护装置可靠动作。
当机组正常速度减负荷时，减负荷时间远小于于T1元件，确保正常升降负荷时保护不误动。
当测量PT断线时，闭锁保护装置。
3.3 实际应用
以某发电厂’一次实例来说明。送出系统如图2所示，电厂送出系统远方开关跳开而站内开关未跳开使得发电机组功率不能送出。
某发电厂#1、#2、#3、#5、#6机组运行，#4机停运；厂A Ⅰ线、厂A Ⅲ线运行，AB Ⅰ线、AB Ⅱ线运行，VA Ⅱ线检修。某发电厂全厂上网电力为1322MW，#1机出力270MW，#2机出力270MW，#3机组出力272MW，#5机组出力278MW，#6机组出力281MW。
02：48：51，AB Ⅰ线发生C相接地故障，26ms线路保护正确动作跳开C相，1088ms后变电站A开关重合于永久故障，三相跳开，AB Ⅰ线跳开。根据安稳切机策略表，于02：48：51，1243ms切#6机组。
02：48：56，AB Ⅱ线又发生C相接地故障，25ms线路保护正确动作跳开C相，变电站A开关1053ms后重合于永久故障，三相跳开：变电站B开关1081ms后重合于永久故障，三相跳开。此时，AB Ⅱ线跳开。根据安稳切机策略表，于02：48：57，1243ms切#2机组。
这时，某发电厂500KV升压站送出系统全部中断如图2所示，但500KV站内开关仍在合环运行，#1、#3、#5发电机组主开关仍在合闸位置，汽机调节系统的并网信号仍在，机组按并网时的负荷指令运行，而实际情况却是送出系统中断，发电机组用于转换电磁功率的热动能将全部转换成机械能使转速飞速快速上升，后果将很严重。由于该发电厂机组全部装设了发电机零功率保护，快速判断出发电机组出现了功率不能送出的工况，动作于全停，关闭主汽门保护汽轮机，及时避免了在送出系统中断后，五台机组故障。
4 方案比较
在机组甩负荷后如何来保护机组的安全，不使汽轮机飞车。常规做法是OPC，由负荷控制转为转速控制，一般采用并网主开关的位置信号作为起动量，存在隐患，在长距离发输电系统中，其非本站开关跳开，切断了输电通道，而本站内发电机主开关并未跳开仍判断为机组并网运行，不能快速转为转速控制。
发电厂送出系统中断后，送出通道已中断，发电机组电磁功率不能送出。机组装设发电机零功率保护，能够准确快速地判断出发电机组出现了功率不能送出的情况，动作于全停，快速关闭汽轮机主汽门保护汽轮机组，保证了机组安全。装设发电机零功率保护是一种快速、可靠的保护方式。
5 结语
对于远距离大功率交流送出系统，尤其是送出通道经中间开关站转接的系统，出现远方开关跳开而站内开关未跳开的情况会发生，这样装设发电机零功率保护来判断发电机组功率不能送出的工况显得尤为必要。发电机零功率保护能快速判断出是否发生了功率不能送出工况，能很好地防止汽轮机超速。因此，大型汽轮发电机组均应配备发电机零功率保护，作为防止汽轮机组超速上升的一个必备手端。