鄒桂麗

(湖南省電力公司科學研究院，湖南長沙 410007）

柘溪水電廠擴建機組運行優(yōu)化

鄒桂麗

(湖南省電力公司科學研究院，湖南長沙 410007）

本文就柘溪水電廠擴建機組AGC控制策略、機組LCU負荷調(diào)節(jié)參數(shù)、機組油壓裝置控制流程等運行優(yōu)化完善工作進行了分析與介紹，對同類水電廠的技術改造和運行優(yōu)化、提高機組及電網(wǎng)安全可靠性具有重要指導意義。

水電機組;控制策略;LCU調(diào)節(jié)參數(shù);優(yōu)化

水電機組具有啟動迅速、負荷調(diào)節(jié)靈活等特點，既是電網(wǎng)中調(diào)頻、調(diào)峰的主要電廠，同時也是電力系統(tǒng)故障時的重要后備電源。柘溪水電廠7，8號機組單機容量大 (250 MW)，對電網(wǎng)的影響尤其不容忽視，通過開展現(xiàn)場試驗、仿真計算及缺陷整改等運行優(yōu)化工作，取得了豐富成果并用于指導運行，改善了機組負荷調(diào)整過渡過程性能指標，優(yōu)化了機組運行方式，提高了機組控制和水機保護的安全性，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供了有力保證。

1 自動發(fā)電控制 (AGC)功能優(yōu)化

水電廠自動發(fā)電控制 (AGC)作為水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要功能在大中型水電廠中獲得了廣泛的應用。但水電廠中AGC的實施存在許多工程化問題，尤其是如何避免機組負荷調(diào)節(jié)過于頻繁及如何避開機組“禁運區(qū)”運行等。由于水電機組振動、汽蝕等原因，機組的“禁運區(qū)”有時多達2～3個，如何既保證電網(wǎng)對負荷響應速度和負荷調(diào)節(jié)精度的要求，又確保機組安全可靠運行是水電廠自動發(fā)電控制 (AGC)首要考慮的問題。

1.1 AGC功能優(yōu)化前現(xiàn)狀

AGC功能優(yōu)化前負荷分配原則為:AGC軟件讀取省調(diào)有功設定值后，減去未參與AGC成組調(diào)節(jié)的機組有功實發(fā)值，剩余負荷在參與AGC成組調(diào)節(jié)的機組間平均分配。

AGC功能優(yōu)化前躲避”禁運區(qū)”策略為:機組不能長期運行在”禁運區(qū)”。為了避免機組頻繁跨越”禁運區(qū)”，機組運行在”禁運區(qū)”上限以上時，當機組有功分配到”禁運區(qū)”時，則只分配到”禁運區(qū)”上限，反之，當機組運行在”禁運區(qū)”下限以下時，如果分配的有功處于”禁運區(qū)”，則只分配到”禁運區(qū)”下限。

試驗表明:AGC功能優(yōu)化前AGC響應速度和調(diào)節(jié)精度均達不到電網(wǎng)要求，而且機組負荷調(diào)節(jié)相當頻繁。AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)達不到考核標準，影響電廠自身經(jīng)濟效益，不能確保源網(wǎng)協(xié)調(diào)，無法對電網(wǎng)提供強有力的支撐。頻繁的負荷調(diào)整，將導致調(diào)速器油壓裝置油泵啟動頻繁，加速機組轉動件磨損、導葉軸套漏水等缺陷發(fā)生，嚴重威脅設備的安全運行。

1.2 AGC控制策略優(yōu)化

根據(jù)單機“禁運區(qū)”和參加AGC成組調(diào)節(jié)機組的不同組合實時計算當前水頭下全廠AGC方式聯(lián)合“禁運區(qū)”，即無法通過任何負荷分配避開機組“禁運區(qū)”的負荷段，有時此“禁運區(qū)”不止1個。將全廠聯(lián)合“禁運區(qū)”實時上送電網(wǎng)調(diào)度，這樣就可以避免電網(wǎng)調(diào)度將負荷調(diào)節(jié)指令的目標值給定在全廠聯(lián)合“禁運區(qū)”，從而提高AGC調(diào)節(jié)精度。

AGC程序中設置跨越”禁運區(qū)”的死區(qū)。即機組跨越”禁運區(qū)”與不跨越”禁運區(qū)”相比，實發(fā)有功與目標值差值大于跨越”禁運區(qū)”死區(qū)時，機組跨越”禁運區(qū)”。否則，機組不跨越“禁運區(qū)”。這樣可以避免機組頻繁穿越“禁運區(qū)”，大大提高機組安全性。

AGC調(diào)節(jié)時，如果僅考慮經(jīng)濟性而調(diào)用大量機組去響應并非特別大的隨機負荷調(diào)整是不盡合理的，尤其是對機組單機容量較大的大型水電廠，不僅不經(jīng)濟，而且會帶來安全隱患。為此在全廠AGC控制程序中設定小負荷變幅定值，調(diào)度有功給定在小負荷變幅范圍內(nèi)時只1臺機組參與調(diào)節(jié)。當全廠有功給定值增加時，選擇實發(fā)有功值占總容量比例最小的機組參與調(diào)節(jié);當全廠有功給定值減少時，選擇實發(fā)有功占總容量比例最大機組參與調(diào)節(jié)。這樣可以有效避免機組負荷頻繁調(diào)節(jié)，從而降低機組機械部件磨損、壓油裝置油泵頻繁啟動等缺陷的發(fā)生，確保機組安全運行。

2 機組LCU有功功率調(diào)節(jié)參數(shù)優(yōu)化

通過對機組LCU調(diào)功程序中的PID參數(shù)及調(diào)功最大脈寬、最小脈寬時間以及調(diào)節(jié)間隔時間常數(shù)進行調(diào)整，解決了機組有功調(diào)節(jié)品質(zhì)達不到電網(wǎng)要求的問題。有功調(diào)節(jié)過渡過程曲線見圖1，2。54 m水頭下100 MW的負荷差調(diào)節(jié)時間約44 s，設定的調(diào)節(jié)參數(shù)為Kp=6，Kd=2最大脈寬3.5 s，一次調(diào)節(jié)周期4 s。雖然調(diào)節(jié)時間比電網(wǎng)要求稍長，但54 m水頭已經(jīng)接近水輪機最低運行水頭 (水輪機工作水頭:52 m～75 m，額定水頭:63 m)，推算54 m以上水頭調(diào)節(jié)時間可以滿足要求。

3 參數(shù)PID負荷調(diào)節(jié)功能研究

柘溪水電廠監(jiān)控系統(tǒng)增/減負荷是通過調(diào)速器開度控制模式實現(xiàn)的，即監(jiān)控系統(tǒng)開出脈沖量給調(diào)速器開/關導葉來調(diào)整機組負荷。水頭不同，相同的導葉開度改變量對應的負荷改變量是不同的。因此，不同水頭下最優(yōu)負荷調(diào)節(jié)參數(shù)是不一樣的，以前所有的監(jiān)控系統(tǒng)導葉開度調(diào)功模式均采用固定的監(jiān)控系統(tǒng)負荷調(diào)節(jié)參數(shù)，這對于水頭變化不大，電網(wǎng)對電廠要求不高的水電廠沒有很大影響，但對于柘溪最高、最低運行水頭相差20多m的水電廠來說，這樣的調(diào)節(jié)參數(shù)無法滿足電網(wǎng)對水電廠負荷調(diào)節(jié)品質(zhì)的要求。為此將PID調(diào)節(jié)參數(shù)引入變參數(shù)機制，要求監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)不同的水頭自動改變負荷調(diào)節(jié)PID參數(shù)。經(jīng)過多次程序調(diào)整，目前該功能已通過仿真測試，待機組檢修時再在真機上進行試驗驗證，然后投入試運行。

4 油壓裝置運行優(yōu)化

圖1 有功調(diào)節(jié)100～200 MW過渡過程曲線(Kp=6，Kd=2，max=3 500)

柘溪水力發(fā)電廠7，8號機組油壓裝置共有3臺油泵安裝在回油箱上，包括2臺相同的主泵組和1臺升壓泵組。升壓泵組在水輪機運行期間斷續(xù)運行，在壓力開關的控制下，向壓力油罐供油。當壓力油罐壓力持續(xù)下降到設定值時，分別啟動2臺主泵組向壓力油罐供油。油壓裝置由主機廠天津阿爾斯通水電設備公司配套生產(chǎn)，其設計理念是按照進口機組設計的，不符合國內(nèi)機組運行方式和相關技術標準的要求;另外在設計上還有許多缺陷和不足，不滿足現(xiàn)場運行要求。

4.1 油泵手動運行方式優(yōu)化

油壓裝置控制回路原設計只在自動運行方式下投入卸載閥，手動運行方式下沒有投入卸載閥，導致手動啟動油泵時，易燒壞油泵保險。

重新對油壓裝置控制回路進行修改，增加了各油泵在手動運行方式下，投入卸載閥的功能，和自動運行方式下一樣，卸載時間為8～10 s。

4.2 油壓裝置控制流程優(yōu)化

原設計只有在機組開機后即接到機組開機令后，油壓裝置控制流程才啟動，投入流程自動運行，在機組停機后，流程自動退出。這樣導致在停機后，壓力油罐的壓力降低后，不能通過流程自動維持在額定壓力，影響下一次機組正常開機。

圖2 有功調(diào)節(jié)200～100 MW過渡過程曲線(Kp=6，Kd=2，max=3 500)

重新對油壓裝置控制流程進行修改，在油壓裝置控制回路在自動運行狀態(tài)下，保證壓力油罐的壓力能夠維持在額定壓力，以滿足機組隨時開機的需要。

4.3 大油泵的主備用切換功能優(yōu)化

原設計大油泵的主備用切換由操作把手手動切換，需要運行人員定期進行切換，增加運行維護工作量。

將操作把手更換為三位開關，在手動進行大油泵主備用切換的基礎上，增加自動切換功能，當操作把手處于自動切換位置時，大油泵的主備用切換自動實現(xiàn)，在可編程控制器上電后，首先將1號泵置為主用，以后每7 d輪換1次。

4.4 自動補氣功能完善

對自動補氣流程進行了改進:當油壓裝置油位達到正常油位但壓力未達到正常壓力情況下，啟動自動補氣10 min，然后停10 min，循環(huán)往復，直到壓力達到正常值。

5 水機保護優(yōu)化完善

水機保護是水電廠快速切除故障設備，防止事故擴大，確保機組安全的重要保證。在設計配置、選型、整定、調(diào)試定檢等各環(huán)節(jié)稍有疏忽或考慮不周，都將會給水電廠乃至電網(wǎng)的安全運行構成嚴重威脅，甚至造成設備嚴重損壞、水電廠全廠停電、電網(wǎng)瓦解等重大事故。

由于設計、安裝、產(chǎn)品質(zhì)量等各種原因，柘溪水電廠7，8號機組調(diào)試和投產(chǎn)初期出現(xiàn)過多次保護誤動事件。為了使水機保護配置、邏輯以及出口規(guī)范化，結合電廠具體情況對7，8號機組水機保護進行了以下優(yōu)化。

5.1 溫度保護優(yōu)化

由于制動測溫屏上溫度測量數(shù)顯儀多次出現(xiàn)故障導致溫度保護誤動停機，嚴重影響機組的穩(wěn)定可靠運行，由于溫度保護還有完善的RTD保護出口，決定溫度測量數(shù)顯儀信號只作用于報警取消其保護出口。

5.2 冷卻水中斷保護

由于部分示流器安裝位置不妥或元件本身質(zhì)量問題，柘溪水電廠7，8號機組調(diào)試和投產(chǎn)初期出現(xiàn)過多次冷卻水中斷保護誤動事件。即要保證冷卻水中斷后有停機保護又要不誤動，為此對冷卻水中斷保護邏輯進行了優(yōu)化，在保護邏輯中引入溫度報警條件共同作用于事故停機。

6 結束語

柘溪水電廠擴建工程運行優(yōu)化工作涉及到主機、調(diào)速系統(tǒng)、油壓裝置、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、水機保護、自動化元件等多個方面，應用效果良好，對改善水電廠機組安全穩(wěn)定運行，提高電網(wǎng)安全可靠性具有重要指導意義。

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1008-0198(2011)03-0035-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.010

2010-09-15

鄒桂麗(1964— )，女，漢族，大學本科，主要從事水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及其輔助設備試驗和研究工作。