李宏博
(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司,四川 蒼溪,628400)
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亭子口水電站調(diào)速器負(fù)荷波動分析與處理
李宏博
(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司,四川 蒼溪,628400)
根據(jù)亭子口水電站機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)的機(jī)組負(fù)荷波動現(xiàn)象進(jìn)行分析,從各項檢查中逐步排除引起負(fù)荷波動的原因并進(jìn)行處理,改善了調(diào)速器調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。
調(diào)速器 負(fù)荷波動 調(diào)速器調(diào)節(jié) 開度模式 亭子口水電站 原因分析 處理措施
亭子口水電站混流式機(jī)組裝機(jī)容量4×275MW,使用的是能事達(dá)公司MGC4000系列調(diào)速器,該套系統(tǒng)采用了高性能雙微機(jī)調(diào)節(jié)器作為控制核心,為A套控制伺服電機(jī)B套控制伺服比例閥的雙調(diào)節(jié)型調(diào)速器。調(diào)速器采用頻率模式及開度模式運(yùn)行,在開機(jī)過程中采用頻率模式,自動跟蹤調(diào)節(jié)頻率的穩(wěn)定;并網(wǎng)后采用開度模式,根據(jù)監(jiān)控下發(fā)調(diào)節(jié)指令相互配合進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。
3號機(jī)組于2014年3月16日21∶36帶25萬最大負(fù)荷進(jìn)入72h試運(yùn)行,3月19日22∶27監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)機(jī)組調(diào)整負(fù)荷為200MW,負(fù)荷波動較大,為190MW~210MW,調(diào)速器油泵不足2min啟動一次,現(xiàn)地檢查3號機(jī)組接力器往復(fù)動作頻繁。調(diào)整3號機(jī)組負(fù)荷至180MW現(xiàn)象一致;負(fù)荷為3MW時,機(jī)組調(diào)速器接力器無明顯波動,壓油罐壓力恢復(fù)正常。在該次負(fù)荷波動發(fā)生后一周時間內(nèi),該機(jī)組在運(yùn)行調(diào)節(jié)過程中還多次發(fā)生波動現(xiàn)象。針對以上情況,維護(hù)人員對3號機(jī)進(jìn)行了200MW→220MW→200MW負(fù)荷調(diào)整試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前水頭下,200MW的有功功率調(diào)整對應(yīng)的導(dǎo)葉開度值在6%~7%之間,在A套切B套,B套切A套,再切機(jī)手動運(yùn)行過程中,未見導(dǎo)葉接力器來回抽動,有功功率調(diào)節(jié)平滑,但發(fā)現(xiàn)主配壓閥有小幅抽動現(xiàn)象。
圖1 負(fù)荷調(diào)整后出現(xiàn)的波動截圖
調(diào)速器處于自動運(yùn)行時,導(dǎo)葉開度跟隨PID給定值變化,PID給定值出現(xiàn)波動或者導(dǎo)葉接力器反饋出現(xiàn)波動,都會引起調(diào)速器異常調(diào)節(jié)。算式如下:
Ypid=Yg+(Δf+bp(Y-Yg))(kp+ki+kd)
式中:Ypid——本周期PID給定值;Yg——開度給定值,由監(jiān)控增減命令進(jìn)行調(diào)整;Δf——機(jī)組頻率與額定頻率之差;Y——導(dǎo)葉開度反饋;kp——比例閥系數(shù);ki——積分系數(shù);kd——微分系數(shù)。
(1)PID控制參數(shù)(kp+ki+kd)設(shè)置不正確可能會導(dǎo)致該問題發(fā)生;
(2)Δf=f-fg,當(dāng)機(jī)組頻率相對于50Hz偏離較多時,調(diào)速器就會調(diào)整導(dǎo)葉接力器開度,以達(dá)到減緩機(jī)組頻率變化的目的。當(dāng)調(diào)速器處于開度模式調(diào)節(jié)時,且處于負(fù)載運(yùn)行時,只有機(jī)組頻率變化大于±0.2Hz之后,調(diào)速器才會調(diào)整導(dǎo)葉接力器。當(dāng)調(diào)速器處于負(fù)載且頻率模式運(yùn)行時,機(jī)組頻率只要不等于50Hz,調(diào)速器就會進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以,當(dāng)頻率出現(xiàn)波動時可能引起負(fù)荷波動;
(3)Yg導(dǎo)葉開度給定值的變化。調(diào)速器獲得的開度給定值,在遠(yuǎn)方自動方式下是根據(jù)監(jiān)控下發(fā)的增減脈沖在空載開度的基礎(chǔ)上累加而來。而監(jiān)控下發(fā)增減脈沖的依據(jù),是功率給定和當(dāng)前有功功率反饋的差值通過脈寬調(diào)制程序運(yùn)算得來。如果監(jiān)控在某個區(qū)間連續(xù)下發(fā)調(diào)整令,調(diào)速器有可能按照其調(diào)整令往返調(diào)節(jié)。所以,監(jiān)控有功功率變送器出現(xiàn)波動也會引起有功負(fù)荷波動而頻繁調(diào)節(jié);
(4)調(diào)速器本身的導(dǎo)葉反饋Y在機(jī)組有功處于200MW左右這個開度區(qū)間內(nèi),位移傳感器不穩(wěn)定,會造成有功波動;
(5)調(diào)速器A套伺服電機(jī)本身控制性能沒有調(diào)整好,調(diào)整過程中一直存在超調(diào),也會造成導(dǎo)葉接力器往復(fù)波動;
(6)調(diào)速器由A套切B套運(yùn)行,有功功率調(diào)節(jié)雖然平滑,但發(fā)現(xiàn)主配壓閥仍有小幅抽動現(xiàn)象??赡転楸壤y控制死區(qū)設(shè)置較小,靈敏度較高,造成主配有小幅抽動。
針對以上分析有功波動出現(xiàn)的故障原因,將安排時間逐一進(jìn)行排查處理。檢查思路:先排除是機(jī)械原因還是電氣原因,如果是機(jī)械原因則檢查整個機(jī)械液壓系統(tǒng);如果是電氣原因則檢查是調(diào)速器內(nèi)部原因還是外部原因;如果是調(diào)速器內(nèi)部原因,則檢查是A機(jī)原因還是B機(jī)原因還是A、B機(jī)公共部分原因。具體如下:
(1)當(dāng)3號機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動時,將調(diào)速器切機(jī)手動,檢查有功是否繼續(xù)波動,如不波動則排除機(jī)械原因,則繼續(xù)查找電氣原因。如果有功繼續(xù)波動,則檢查機(jī)械液壓系統(tǒng);
(2)如果為電氣原因,逐一進(jìn)行以下排查,對3號機(jī)調(diào)速器PID控制參數(shù)進(jìn)行核對,經(jīng)過檢查核對沒有運(yùn)維人員對PID參數(shù)進(jìn)行修改,所以(kp+ki+kd)為常數(shù),不是誘發(fā)波動的原因;
(3)當(dāng)3號機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動時,觀察記錄調(diào)速器觸摸屏上采樣到的機(jī)組頻率和系統(tǒng)頻率是否有波動,同時觀察運(yùn)行模式是否由“開度模式”切為“頻率模式”。如系統(tǒng)頻率波動大于0.2Hz,可能為系統(tǒng)引起。據(jù)運(yùn)行人員觀察,發(fā)現(xiàn)機(jī)組有功功率波動時系統(tǒng)頻率穩(wěn)定,考慮到機(jī)組當(dāng)時并入的系統(tǒng)為大電網(wǎng),系統(tǒng)頻率波動一不會太大,二不會很快,所以系統(tǒng)頻率波動引起的調(diào)速器調(diào)節(jié)可能性比較小。如果運(yùn)行模式由“開度模式”切為“頻率模式”,機(jī)組頻率只要不等于50Hz,調(diào)速器就會進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過查看監(jiān)控歷史數(shù)據(jù),沒有發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)后2種模式進(jìn)行過切換,所以可以排除頻率偏差引起的負(fù)荷波動;
(4)當(dāng)3號機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動時,需要觀察記錄監(jiān)控下發(fā)遠(yuǎn)方增減脈沖的次數(shù)是否在合理范圍。如果監(jiān)控在某個區(qū)間連續(xù)下發(fā)調(diào)整令,調(diào)速器有可能按照其調(diào)整令往返調(diào)節(jié),造成負(fù)荷波動;可在現(xiàn)地機(jī)組LCU屏柜上監(jiān)視增、減磁繼電器的指示燈是否頻閃;
(5)如果為調(diào)速器內(nèi)部原因,則逐一進(jìn)行以下排查:當(dāng)3號機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動時,觀察記錄調(diào)速器本身的導(dǎo)葉反饋Y在機(jī)組有功處于200MW左右這個開度區(qū)間內(nèi),位移傳感器是否穩(wěn)定。如導(dǎo)葉反饋Y不穩(wěn)定會造成有功波動,則需更換導(dǎo)葉位移傳感器,再重新定位。如導(dǎo)葉反饋Y穩(wěn)定,再檢查伺服電機(jī)本身控制性能是否完好,伺服驅(qū)動器參數(shù)是否正確設(shè)置,相關(guān)伺服電機(jī)控制接線是否正確。如果電機(jī)控制性能不合格,在調(diào)整過程中會一直存在超調(diào),也會造成導(dǎo)葉接力器往復(fù)波動;
(6)當(dāng)3號機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動時,將調(diào)速器切到B套比例閥通道主用運(yùn)行,觀察記錄機(jī)組有功功率調(diào)整情況。如果負(fù)荷出現(xiàn)波動,應(yīng)當(dāng)從A、B套兩個控制通道的公共信號部分,如主配壓閥、導(dǎo)葉接力器等控制信號進(jìn)行檢查。實(shí)際檢查發(fā)現(xiàn),由A套切B套運(yùn)行,有功功率調(diào)節(jié)雖然平滑,但主配壓閥仍有小幅抽動現(xiàn)象,可能原因?yàn)楸壤y控制死區(qū)設(shè)置較小,靈敏度較高,造成主配有小幅抽動,需修改PLC內(nèi)部比例閥控制死區(qū)參數(shù),再進(jìn)行試驗(yàn)選擇合理的最優(yōu)性能參數(shù)。
4.1 經(jīng)現(xiàn)場跟蹤及試驗(yàn)得出結(jié)論,機(jī)組調(diào)節(jié)負(fù)荷波動的原因,為監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)在調(diào)整負(fù)荷過程中相互之間的調(diào)節(jié)速率配合存在問題,造成超調(diào)現(xiàn)象。
4.2 機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)負(fù)荷過程中,主要的調(diào)節(jié)參數(shù)有:調(diào)節(jié)周期=6s,最大脈寬=1s,增功率最小脈寬=100ms,減功率最小脈寬=100ms。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)所需調(diào)整有功負(fù)荷的大小,計算需要調(diào)整脈寬值(范圍在100ms~1s之間),再將此脈寬值下發(fā)至調(diào)速器,調(diào)速器再根據(jù)PLC程序中設(shè)置的調(diào)速器導(dǎo)葉開度,給定遠(yuǎn)方增減脈沖速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
調(diào)速器在遠(yuǎn)方自動方式下調(diào)節(jié)參數(shù)有:調(diào)速器導(dǎo)葉開度給定遠(yuǎn)方增脈沖速率100ms對應(yīng)2.5%開度;調(diào)速器導(dǎo)葉開度給定遠(yuǎn)方減脈沖速率100ms對應(yīng)2.5%開度。
4.3 為使監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)相互之間的負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)能匹配合理,需要通過組合選擇不同參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)得出最佳參數(shù)。處理方法為:(1)修改監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)周期;或(2)修改監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)周期、調(diào)速器導(dǎo)葉開度,給定遠(yuǎn)方增減脈沖速率。
修改參數(shù)后,在各負(fù)荷下進(jìn)行大、小負(fù)荷調(diào)節(jié)試驗(yàn),試驗(yàn)過程檢查是否存在負(fù)荷波動現(xiàn)象,同時驗(yàn)證增減負(fù)荷是否滿足爬坡率。
在找到引起負(fù)荷波動的原因后,筆者全程參與了相應(yīng)的參數(shù)匹配及試驗(yàn),調(diào)速器在開度模式運(yùn)行相同水頭下參數(shù)匹配后設(shè)備穩(wěn)定,在水頭發(fā)生變化后負(fù)荷波動現(xiàn)象仍存在,只能在各種不同水頭下分別進(jìn)行參數(shù)的匹配。根據(jù)查閱相應(yīng)的資料及廠家意見,在水頭變化較大的混流式機(jī)組控制中,采用功率模式的控制能改善因水頭引起的負(fù)荷波動現(xiàn)象。目前我廠4臺機(jī)組已進(jìn)行了功率模式改造,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,未曾出現(xiàn)負(fù)荷波動現(xiàn)象。
〔1〕魏守平.水輪機(jī)控制工程.武漢:華中科技大學(xué),2005.
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TK730.41
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2095-1809(2015)06-0022-03
李宏博(1986-),男,廣西博白縣人,本科,助理工程師,從事自控設(shè)備維護(hù)工作。