黃 浩，王 倫，李世豪，蘇 彪

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617100）

1 概述

四川省作為水電之都，水電裝機容量高居中國第一。西南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)后，川渝斷面、攀西水電通道輸電能力將會有明顯提高。川渝斷面由洪板雙線、黃萬雙線和資銅雙線組成，共6回500 kV線路。攀西斷面由東天雙線、普天線、城沐雙線、普洪三線組成，共8回500 kV線路，是攀西水電包括雅礱江下游5級電站、藏電、木里水電送四川主網(wǎng)的唯一通道。近年來，攀西地區(qū)風光裝機增長迅速，斷面內(nèi)水電送出受限嚴重，汛期擠占通道，棄水情況嚴重，大型電站汛期發(fā)電受限較大，如斷面限額由700萬kW增加至850萬kW，通道空間增長率達21%，考慮新增裝機以及斷面實際限額的因素，預計攀西地區(qū)水電站今年汛期發(fā)電量應(yīng)有至少10%以上的增長空間。基于以上形勢，有必要對電站機組汛期運行工況進行分析[1-2]，優(yōu)化汛期電站機組運行方式和廠用電運行方式，以適應(yīng)新的發(fā)電形勢。

2 原因分析

2.1 汛期機組運行方式分析

電站汛期機組運行水頭為180 m～185 m，對應(yīng)機組運行振動區(qū)下限范圍為150 MW～160 MW，上限范圍為420 MW～455 MW，機組運行水頭與振動區(qū)對應(yīng)關(guān)系如表1：

表1 水頭與振動區(qū)對應(yīng)表

因電網(wǎng)需求，電站在汛期一般需要保持6臺機并網(wǎng)運行，承擔事故備用和旋轉(zhuǎn)備用任務(wù)，下面結(jié)合今年機組汛期運行特點，總結(jié)出6臺機并網(wǎng)運行方式下，機組在振動區(qū)邊緣運行時對應(yīng)的負荷分布情況[3-5]。

監(jiān)控系統(tǒng)AGC參數(shù)設(shè)定機組不允許在振動區(qū)運行，在AGC參數(shù)設(shè)置時，考慮到避免因AGC設(shè)定值的頻繁變化而導致機組頻發(fā)跨越振動區(qū)，設(shè)置有跨越振動區(qū)的功率死區(qū)40 MW的條件，當設(shè)定值偏差大于40 MW時才會跨越振動區(qū)，以表2中所對應(yīng)的負荷為機組在振動區(qū)邊緣運行的情況，當全廠負荷在下述負荷區(qū)間時，機組將在振動區(qū)邊緣運行。

表2中組合方式為6臺機組負荷分配在振動區(qū)上限、下限區(qū)域的運行方式，如“6臺機上限”指的是6臺機組的負荷均在振動區(qū)上限的運行方式，“5臺機上限”指的是5臺機組負荷在振動區(qū)上限區(qū)域、1臺機組負荷在振動區(qū)下限區(qū)域運行的情況，其余組合方式依次類推。

當AGC向上調(diào)整負荷時，振動區(qū)上限運行機組有功已增加至最大值550 MW，振動區(qū)下限運行機組負荷增加至該水頭下振動區(qū)下限值，需要向上跨越振動區(qū)，由于跨越振動區(qū)功率（40 MW）死區(qū)的影響，以下負荷區(qū)間將存在機組在振動區(qū)邊緣運行情況，如表2。

當AGC向下調(diào)整負荷時，振動區(qū)下緣以下的運行機組有功已減小到最小值20 MW，振動區(qū)上緣以上的運行機組負荷已減小至該水頭下的振動區(qū)上限值，需要向下跨越振動區(qū)，由于跨越振動區(qū)功率死區(qū)的影響：

（1）因全廠負荷少，機組運行水頭高，6臺機組并網(wǎng)運行，多臺機長期處于空載或低負荷區(qū)運行，水輪機空腔汽蝕較以往增加。

（2）因全廠負荷較少，機組運行水頭高，機組在振動區(qū)邊緣運行時間長，現(xiàn)場機組振動明顯增大，甚至部分振動、擺度出現(xiàn)超標報警。今年汛期二灘水電站的全廠總負荷，在900～2 730 MW區(qū)間范圍的情況較多，所以導致今年汛期機組在振動區(qū)邊緣運行情況相對往年明顯增多。

（3）因振動區(qū)定值整定（6臺機一套定值）及上下游河道情況變化等原因，機組運行水頭對應(yīng)的振動區(qū)與實際情況有偏差，導致部分機組出現(xiàn)振動、擺度偏大現(xiàn)象。機組長期運行在振動區(qū)邊緣，由于振動區(qū)死區(qū)設(shè)定、有功調(diào)節(jié)測量偏差、一次調(diào)頻等影響，機組將頻繁進入振動區(qū)內(nèi)運行，機組振動加劇，甚至振動、擺度值超標報警，長期積累必然對機組造成一定損壞。水電站曾發(fā)生過不少機組機械部件受損的缺陷，例如：機組尾水進人門固定螺栓松動、斷裂，水輪機轉(zhuǎn)輪裂紋嚴重，接力器推拉桿斷裂，水輪機泄水錐脫落，剪斷銷傳感器護套脫落等等。

2.2 汛期廠用電運行方式分析

進入汛期大發(fā)電后，電站送出負荷將逐步上升，根據(jù)電站歷年的發(fā)電規(guī)律，預計到7月初，二灘電站大部分時間將大負荷運行，這勢必要求發(fā)電機組發(fā)出更多的無功。同時根據(jù)電力系統(tǒng)逆調(diào)壓的原則，在電網(wǎng)負荷高峰時段，電站500 kV系統(tǒng)電壓將調(diào)至上限運行，這也勢必要求機組發(fā)出更多的無功。因此，為確保二灘電站廠用電系統(tǒng)安全運行，電站廠高變分接頭由3檔調(diào)整至2檔；進入到枯水期后的11月份，又將分接頭由2擋調(diào)整至3檔。

（1）6 kV母線電壓的運行規(guī)定

規(guī)程規(guī)定：正常運行時6 kV母線電壓保持在5.80～6.42 kV范圍內(nèi)，400 V母線電壓保持在360～407 V范圍內(nèi)，其中1號、2號照明盤母線電壓保持在350～380 V范圍內(nèi)。超過上述范圍應(yīng)查明原因，并設(shè)法調(diào)整至正常。

廠用電壓過低或者過高，會影響電動機負荷的正常運行，從而影響機組的安全運行。電壓過高，會導致電動機的定子磁通接近飽和狀態(tài)，出現(xiàn)電流急劇增大，電機效率下降而發(fā)熱嚴重。電壓過低，會使電動機起動轉(zhuǎn)矩下降很多，起動困難，也會導致定子電流增大，造成電動機過熱，溫升增高，縮短電動機壽命，甚至燒毀電動機。由于進入汛期，電站廠用電壓會升高，在這里只需分析電壓過高的情況。

（2）電力系統(tǒng)的無功功率平衡

電力系統(tǒng)的無功電源有發(fā)電機、同步調(diào)相機、靜止電容器及靜止補償器等。具備進相運行能力的發(fā)電機也可以作為系統(tǒng)無功負荷消耗系統(tǒng)無功。電力系統(tǒng)的無功負荷和無功損耗主要有異步電動機、變壓器、輸電線路等。輸電線路的無功功率損耗分為兩個部分，其串聯(lián)電抗中的無功功率損耗與通過線路的功率或電流的平方成正比，而其并聯(lián)電納中發(fā)出的無功功率（即線路充電功率）與電壓的平方成正比。當線路傳輸功率較大時，電抗中消耗的無功功率大于電容中發(fā)出的無功功率時，線路等值為消耗無功；當線路傳輸功率較小、線路運行電壓水平較高，電容中產(chǎn)生的無功功率大于電抗中消耗的無功功率時，線路等值為無功電源。當線路電抗中消耗的無功功率等于電容中發(fā)出的無功功率時，此時線路輸送的功率為自然功率，也稱為“波阻抗負載”。未補償線路的自然功率為：

表2 高水頭下機組振動區(qū)邊緣負荷

式中，Pn表示自然功率，單位為MW；U表示線路電壓，單位為kV；Zc表示線路波阻抗，l為線路單位長度電感，c為線路單位長度對地電容。

在電力系統(tǒng)運行的任何時刻，電源發(fā)出的無功功率總是等于同時刻系統(tǒng)無功負荷和無功損耗之和。由無功平衡與電壓水平的關(guān)系可知：當系統(tǒng)無功負荷或無功損耗增加，而系統(tǒng)的無功電源出力沒有相應(yīng)地增加時，系統(tǒng)的無功電源無法滿足原電壓下的無功功率平衡，系統(tǒng)電壓水平會降低。

（3）汛期廠高變運行在3檔的6 kV母線電壓

從監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)取得了2015年7月25日至10月25日3個月期間6段6 kV母線電壓、電站總有功、總無功、機組有功、無功數(shù)據(jù)以及相關(guān)事件分析汛期負荷高峰期6 kV母線電壓的情況。

統(tǒng)計6 kV母線電壓越上限報警事件，共計出現(xiàn)過162次報警：Ⅰ段出現(xiàn)37次，Ⅱ段出現(xiàn)119次，Ⅲ段未出現(xiàn)過，Ⅳ段出現(xiàn)6次，Ⅴ段未出現(xiàn)過，Ⅵ段未出現(xiàn)。分析事件及數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)6 kVⅡ段出現(xiàn)多次電壓越限的原因為2號機未進相運行導致。汛期大負荷期間，6 kV母線電壓能滿足要求。

理論上當500 kV系統(tǒng)電壓最上限運行時，停機備用機組對應(yīng)的6 kV 母線電壓在廠高變分接頭在3檔時有越上限的可坑。但是考慮到：我廠機組具備一定的無功裕度，系統(tǒng)電壓通常不會最上限運行；6 kV母線帶有一定的負荷會有一定的電壓降。所以，一般停機機組對應(yīng)6 kV母線電壓也不會越限。

3 運行方式優(yōu)化措施

為進一步優(yōu)化機組運行環(huán)境，確保機組安全穩(wěn)定運行，提出以下措施：

3.1 合理安排機組運行方式

在實際運行過程中，加強監(jiān)視，避免機組長時間在振動區(qū)邊緣運行，必要時手動調(diào)整手控機組負荷，使投入AGC運行機組快速跨離振動區(qū)。在負荷頻繁變化時段，應(yīng)根據(jù)運行工況合理調(diào)整機組優(yōu)先級，均衡每臺機組跨越振動區(qū)的次數(shù)。

3.2 重新核定各臺機組振動區(qū)范圍

現(xiàn)二灘水電站機組振動區(qū)的整定是依據(jù)2007年華中科技大學編制的《二灘水力發(fā)電廠機組運行穩(wěn)定性試驗報告》和多年的運行經(jīng)驗在2004年確定的振區(qū)定值的基礎(chǔ)上優(yōu)化而來，并于2009年7月啟用，6臺機組振區(qū)定值設(shè)置一致。應(yīng)按各臺機實際測量的振動區(qū)進行設(shè)定。運行水頭自動采集實際水頭。目前AGC中6臺機共用一個水頭設(shè)定值，振動區(qū)每臺機均一樣。但實際1～3號機共用1號尾水調(diào)壓室、4～6號機共用2號尾水調(diào)壓室，因2個尾水調(diào)壓室底板高程不一樣，導致機組實際運行水頭不一樣。現(xiàn)AGC系統(tǒng)中水頭值是人工根據(jù)上、下游水位計算后手動設(shè)置，AGC系統(tǒng)根據(jù)人工手動設(shè)置的水頭值，自動在預先整定的振動區(qū)定值中，選擇相對應(yīng)的振動區(qū)定值執(zhí)行。為更準確、真實地反應(yīng)機組在運行過程的運行水頭與振動區(qū)情況，應(yīng)根據(jù)實際水頭變化適時自動計算每臺機的水頭，至少做到1～3號機共用1個水頭，4～6號機共用1個水頭，并分別自動啟用相應(yīng)振動區(qū)定值。

3.3 避開機組振動區(qū)運行

（1）控制權(quán)在二灘水電站側(cè)時，電站運行人員加強巡回檢查和監(jiān)視，掌握AGC在振動區(qū)邊緣運行的實際情況，合理調(diào)整機組優(yōu)先級，申請一臺機組手動控制，及時調(diào)整手控機組負荷，盡量使機組離開振動區(qū)及振動區(qū)邊緣運行。由于調(diào)度AGC負荷設(shè)定值頻繁調(diào)整等原因，不能從根本上解決機組在振動區(qū)邊緣運行的問題。

（2）二灘電站實行無人值班時，應(yīng)統(tǒng)計機組跨振動區(qū)的情況，注重機組運行工況分析，并將分析統(tǒng)計情況及時反饋給上級調(diào)度機構(gòu)。

（3）因每臺機組在實際運行中其工況會有差異，不可能完全一致，建議利用機組檢修后試驗的機會，組織技術(shù)力量對各臺機組在不同水頭下的振動區(qū)進行更加細致的測定，對工況較差的機組適當增大振動區(qū)定值范圍，并根據(jù)實際情況為各臺機組設(shè)置不同的振動區(qū)定值。

（4）實際運行中，因尾水調(diào)壓室底板高程不同、機組所帶負荷不同等原因，機組運行水頭有差異；且由于二灘水電站承擔電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)，負荷變化幅度大且頻繁，出庫流量變化大，水頭的變化幅度約3～4 m，經(jīng)常出現(xiàn)實際水頭與AGC設(shè)定的水頭值不符，從而導致機組振動區(qū)設(shè)定不合理。在進行AGC中的水頭值設(shè)定時，應(yīng)避開運行在振動區(qū)邊緣不好的工況。

（5）通過調(diào)整機組優(yōu)先級、修改AGC中水頭值，手控一臺機組配合AGC調(diào)整，避免了部分情況下機組跨振動區(qū)以及機組運行在振動區(qū)邊緣的情況，減小了機組的傷害，但由于二灘電站在川渝電網(wǎng)中調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)重，有時AGC下發(fā)負荷值變化非常大，且在增減200 MW左右頻繁變化，這種情況下機組不可避免的要頻繁跨越振動區(qū)。

3.4 合理安排廠用電運行方式

根據(jù)對廠高變分接頭調(diào)整分析，電站廠高變分接頭近兩年的汛期均保持在3檔運行，并未出現(xiàn)6 kV母線電壓越上限后不可調(diào)整的情況，經(jīng)過調(diào)整均能保證在額定電壓范圍內(nèi)運行。因此，廠高變分接頭不需要進行調(diào)整，枯期、汛期均保持3檔運行即可。

4 結(jié)語

通過分析二灘電站汛期機組運行工況，優(yōu)化機組運行方式，調(diào)整廠高變運行方式，減少了機組因頻繁跨越振動區(qū)和頻繁調(diào)整負荷產(chǎn)生的設(shè)備缺陷，尤其對防止重大機械故障引起災難性事故有著重要的意義，也能減輕機組維護工作量。汛期大發(fā)嚴峻考驗設(shè)備發(fā)電能力，加強機組運行工況的分析，是運行工作的重要內(nèi)容，在今后的工作中，我們將做好設(shè)備定期輪換工作，定期開展設(shè)備運行分析工作，加強巡檢，及時消缺，為發(fā)電設(shè)備穩(wěn)定運行提供保障。