楊智南

(構皮灘發(fā)電廠，貴州 湄潭 564408)

0 引言

某水電廠為我國在巖溶地區(qū)修建的第1座大型水電廠，裝有單機容量為250 MW的高水頭發(fā)電機組5臺，在電網中肩負著調峰、黔電送粵潮流調控主力發(fā)電廠的重任，其#5機組調速器為PSWT-150比例數字冗余式微機型調速器，勵磁系統(tǒng)由SAVR-2000雙微機勵磁調節(jié)器1套、FLZ可控硅整流柜3套、LB勵磁變壓器1臺、FMK滅磁開關1臺、FLR非線性滅磁電阻柜1套、交直流初勵裝置1套組成。本文針對#5機組開機過程中異常信號進行分析，總結出開機順控流程中影響機組建壓并網的主要因素，提出解決方案，以提高水電機組并網成功率。

1 事件經過

2015-10-04 T 18:12:12，機組開機后并網過程中監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)“轉速大于95%額定轉速復歸”“勵磁調節(jié)器綜合限制動作”“V/F限制動作”“保護A,B套發(fā)電機過激磁(定時限)動作”報警信號，幾秒后“勵磁調節(jié)器綜合限制動作”“V/F限制動作”信號復歸，#5機組自動并網正常。

2 上位機監(jiān)控主要信號

上位機監(jiān)控主要信號見表1，表中：空轉狀態(tài)=轉速大于95%額定轉速(nr)+機端斷路器分閘+三相電壓小于5%額定電壓(Ur)；空載狀態(tài)=轉速大于95%nr+機端斷路器分閘+三相電壓大于90%Ur+導葉空載位置(導葉開度在8%～18%之間)；啟動同期條件=發(fā)電令保持+空載狀態(tài)+同期未失敗+自準同期方式+計算機遠方+出口斷路器(GCB)分閘+主變中性點合閘+滅磁開關(FMK)合閘；空載位置=主令控制器檢測導葉開度大于8%，小于18%，輸出動作接點，用于順控流程； 空載位置以上=主令控制器檢測導葉開度大于8%，輸出動作接點，用于順控流程。

表1 上位機監(jiān)控主要信號(2015-10-04)

續(xù)表

3 原因分析

3.1 調速器動作過程分析

調速器整個動作過程：18:12:49.860，開機聯動調速器后，調速器進入空轉開機過程，調速器首先將導葉開度開至第1開機開度23%，然后不斷檢測機組頻率，當調速器檢測機組頻率大于47.5 Hz后，投入比例-積分-微分(PID)控制器計算；18:13:37.380，導葉空載位置動作，說明調速器開始往回關，將導葉壓至第2開機開度(當前水頭下最小空載開度)；18:13:38.590，轉速大于95%nr動作，表明機組轉速已經達到95%nr以上，機組進入空轉狀態(tài)，此時機組順控流程同時聯動勵磁調節(jié)器，機組開始建壓；18:13:43.440，機組空轉狀態(tài)復歸(機端電壓大于5%Ur)，說明勵磁調節(jié)建壓已經開始，機端電壓逐步上升；18:13:39.800，當導葉空載位置以上復歸，說明調速器將機組導葉關至8%以下，經過11 s后，于18:13:50.760導葉空載狀態(tài)動作、導葉空載位置以上動作(開度大于8%)，調速器檢測機組頻率下降，開始調節(jié)機組頻率將導葉逐步打開。整個調速器動作過程，按時間和導葉開度情況分為4個階段，具體如圖1所示。

圖1 調速器動作過程時序圖

將開機聯動調速器起始時間設為0 s，則圖1中標示①②③④可相應解析如下。

(1)標示①。調速器將導葉開至第1開機開度23%，時間約為11 s。

(2)標示②。48 s過后，調速器檢測頻率上升至47.5 Hz，投入PID控制器計算，進入第2階段開機過程，將導葉往回關；48.730 s轉速裝置檢測機組轉速大于95%nr，機組進入空轉狀態(tài)，可編程邏輯控制器(PLC)順控流程聯動勵磁調節(jié)器開始建壓。

(3)標示③。49.960 s，調速器將導葉關至8%以下；54.580 s，機端電壓大于5%Ur，空轉狀態(tài)復歸。

(4)標示④。61.900 s，導葉空載位置以上動作(開度大于8%)，調速器檢測機組頻率未達到給定50.0 Hz，開始調節(jié)機組頻率將導葉逐步打開。與此同時，機端電壓大于90%Ur，機組進入空載狀態(tài)，PLC順控流程啟動同期裝置，機組準備并網；61.901 s，轉速大于95%nr復歸(此時機組轉速只有91%nr，轉速裝置設定返回值為91%nr)，從而導致空載狀態(tài)復歸，同期裝置退出；63.727 s，勵磁調節(jié)器發(fā)綜合限制動作、V/F限制動作信號。勵磁調節(jié)器檢測機組頻率低于47.5 Hz，機端電壓大于90%Ur，為防止發(fā)電機過磁通發(fā)V/F限制、勵磁調節(jié)器綜合限制，閉鎖減磁功能[1]；67.454 s后，由于勵磁調節(jié)器為保證機端電壓不變，在頻率降低情況，增大勵磁電流，提高磁通量，造成發(fā)電機保護A，B兩套保護過激磁動作；75.700 s后，調速器將機組頻率調到47.5 Hz以上，轉速裝置輸出機組轉速大于95%nr動作接點，空載狀態(tài)滿足，同時啟動同期裝置，于123.170 s 開關合閘，機組并網成功。

3.2 主要原因分析

該調速器開機過程中，在進入第2開機階段過程中頻率檢測單元檢測到1個高于50.0 Hz信號，為防止機組過速，執(zhí)行關導葉，導致機組頻率上升緩慢。由于該廠采用精密電位器作為導葉反饋，調速器進入第2開機開度后，將導葉壓至第2空載開度過程中，可能鋼絲繩回收速度與關閉導葉鋼絲繩下降速度不一致(回收速度慢)，導致調速器檢測到精密電位器反饋導葉開度比實際開度大；調速器進入PID調節(jié)后，將導葉開度壓至第2開機開度，由于調速器頻率檢測反饋值比實際值偏大，從而導致調速器關導葉過度，影響機組頻率上升。

4 改進措施

(1)利用停機機會對測頻回路進行校驗，新增雙傳感器齒盤測頻回路，采用齒盤測頻與殘壓測頻互為備用[2]：機組頻率大于20.0 Hz時，自動采用殘壓測頻；機組頻率小于等于20.0 Hz時，自動采用齒盤測頻；當殘壓測頻故障時，自動切換為齒盤測頻；當齒盤測頻故障后，自動切換為殘壓測頻。

(2)利用機組停機機會，對精密電位器回收鋼絲繩傳動機構的回收鋼絲繩是否順暢、動作情況進行全面檢查，確保導葉反饋的靈敏度。

(3)優(yōu)化完善機組順控流程，將原程序中“機組開機流程條件滿足后立即瞬間聯動下一動作”，修改為“開機流程設定延時等待，當機組進入空轉狀態(tài)后，延時5s再聯動勵磁調節(jié)器，進入空載狀態(tài)后，再延時5s啟動同期裝置”。

(4)提高機組進入空轉狀態(tài)轉速定值，目前該發(fā)電廠空轉狀態(tài)轉速均設置為95%nr，將該定值適當放大至98%nr，使得機組完全進入100%nr范圍內后，進入空轉狀態(tài)。

(5)提高機組進入空載狀態(tài)電壓值。目前該發(fā)電廠進入空載狀態(tài)的電壓值均設置為90%Ur，當電壓大于90%Ur時，空載狀態(tài)滿足，瞬間啟動同期裝置。但在此過程中，如果機組電壓未調至額定就啟動同期裝置，則同期裝置需不斷調節(jié)機端電壓達到滿足同期條件，勢必延長機組并網時間。因此，可將順控流程中“機端電壓大于90%Ur啟動同期裝置”，修改為“當機端電壓大于95%Ur時，啟動同期裝置”，可以減少機組同期并網的時間。

5 結束語

通過對#5機組開機過程中報警信號的分析，總結出影響發(fā)電機開機并網過程的主要原因，提出了改進措施。對#5機組進行上述改進后，運行3年來未出現并網不成功現象，說明以上改進措施有效。

參考文獻：

[1]孟凡超，吳龍.發(fā)電機勵磁技術問題及事故分析[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]魏守平.現代水輪機調節(jié)技術[M].武漢：華中科技大學出版社，2002.