一起水電機(jī)組開機(jī)過程發(fā)V/F限制等信號的分析及處理

楊智南

(構(gòu)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(jī)容量為250 MW的高水頭發(fā)電機(jī)組5臺，在電網(wǎng)中肩負(fù)著調(diào)峰、黔電送粵潮流調(diào)控主力發(fā)電廠的重任，其#5機(jī)組調(diào)速器為PSWT-150比例數(shù)字冗余式微機(jī)型調(diào)速器，勵磁系統(tǒng)由SAVR-2000雙微機(jī)勵磁調(diào)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(guān)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(jī)組開機(jī)過程中異常信號進(jìn)行分析，總結(jié)出開機(jī)順控流程中影響機(jī)組建壓并網(wǎng)的主要因素，提出解決方案，以提高水電機(jī)組并網(wǎng)成功率。

1 事件經(jīng)過

2015-10-04 T 18:12:12，機(jī)組開機(jī)后并網(wǎng)過程中監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)“轉(zhuǎn)速大于95%額定轉(zhuǎn)速復(fù)歸”“勵磁調(diào)節(jié)器綜合限制動作”“V/F限制動作”“保護(hù)A,B套發(fā)電機(jī)過激磁(定時限)動作”報警信號，幾秒后“勵磁調(diào)節(jié)器綜合限制動作”“V/F限制動作”信號復(fù)歸，#5機(jī)組自動并網(wǎng)正常。

2 上位機(jī)監(jiān)控主要信號

上位機(jī)監(jiān)控主要信號見表1，表中：空轉(zhuǎn)狀態(tài)=轉(zhuǎn)速大于95%額定轉(zhuǎn)速(nr)+機(jī)端斷路器分閘+三相電壓小于5%額定電壓(Ur)；空載狀態(tài)=轉(zhuǎn)速大于95%nr+機(jī)端斷路器分閘+三相電壓大于90%Ur+導(dǎo)葉空載位置(導(dǎo)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(zhǔn)同期方式+計算機(jī)遠(yuǎn)方+出口斷路器(GCB)分閘+主變中性點合閘+滅磁開關(guān)(FMK)合閘；空載位置=主令控制器檢測導(dǎo)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(dǎo)葉開度大于8%，輸出動作接點，用于順控流程。

表1 上位機(jī)監(jiān)控主要信號(2015-10-04)

續(xù)表

3 原因分析

3.1 調(diào)速器動作過程分析

調(diào)速器整個動作過程：18:12:49.860，開機(jī)聯(lián)動調(diào)速器后，調(diào)速器進(jìn)入空轉(zhuǎn)開機(jī)過程，調(diào)速器首先將導(dǎo)葉開度開至第1開機(jī)開度23%，然后不斷檢測機(jī)組頻率，當(dāng)調(diào)速器檢測機(jī)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(dǎo)葉空載位置動作，說明調(diào)速器開始往回關(guān)，將導(dǎo)葉壓至第2開機(jī)開度(當(dāng)前水頭下最小空載開度)；18:13:38.590，轉(zhuǎn)速大于95%nr動作，表明機(jī)組轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到95%nr以上，機(jī)組進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時機(jī)組順控流程同時聯(lián)動勵磁調(diào)節(jié)器，機(jī)組開始建壓；18:13:43.440，機(jī)組空轉(zhuǎn)狀態(tài)復(fù)歸(機(jī)端電壓大于5%Ur)，說明勵磁調(diào)節(jié)建壓已經(jīng)開始，機(jī)端電壓逐步上升；18:13:39.800，當(dāng)導(dǎo)葉空載位置以上復(fù)歸，說明調(diào)速器將機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)至8%以下，經(jīng)過11 s后，于18:13:50.760導(dǎo)葉空載狀態(tài)動作、導(dǎo)葉空載位置以上動作(開度大于8%)，調(diào)速器檢測機(jī)組頻率下降，開始調(diào)節(jié)機(jī)組頻率將導(dǎo)葉逐步打開。整個調(diào)速器動作過程，按時間和導(dǎo)葉開度情況分為4個階段，具體如圖1所示。

圖1 調(diào)速器動作過程時序圖

將開機(jī)聯(lián)動調(diào)速器起始時間設(shè)為0 s，則圖1中標(biāo)示①②③④可相應(yīng)解析如下。

(1)標(biāo)示①。調(diào)速器將導(dǎo)葉開至第1開機(jī)開度23%，時間約為11 s。

(2)標(biāo)示②。48 s過后，調(diào)速器檢測頻率上升至47.5 Hz，投入PID控制器計算，進(jìn)入第2階段開機(jī)過程，將導(dǎo)葉往回關(guān)；48.730 s轉(zhuǎn)速裝置檢測機(jī)組轉(zhuǎn)速大于95%nr，機(jī)組進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)，可編程邏輯控制器(PLC)順控流程聯(lián)動勵磁調(diào)節(jié)器開始建壓。

(3)標(biāo)示③。49.960 s，調(diào)速器將導(dǎo)葉關(guān)至8%以下；54.580 s，機(jī)端電壓大于5%Ur，空轉(zhuǎn)狀態(tài)復(fù)歸。

(4)標(biāo)示④。61.900 s，導(dǎo)葉空載位置以上動作(開度大于8%)，調(diào)速器檢測機(jī)組頻率未達(dá)到給定50.0 Hz，開始調(diào)節(jié)機(jī)組頻率將導(dǎo)葉逐步打開。與此同時，機(jī)端電壓大于90%Ur，機(jī)組進(jìn)入空載狀態(tài)，PLC順控流程啟動同期裝置，機(jī)組準(zhǔn)備并網(wǎng)；61.901 s，轉(zhuǎn)速大于95%nr復(fù)歸(此時機(jī)組轉(zhuǎn)速只有91%nr，轉(zhuǎn)速裝置設(shè)定返回值為91%nr)，從而導(dǎo)致空載狀態(tài)復(fù)歸，同期裝置退出；63.727 s，勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)綜合限制動作、V/F限制動作信號。勵磁調(diào)節(jié)器檢測機(jī)組頻率低于47.5 Hz，機(jī)端電壓大于90%Ur，為防止發(fā)電機(jī)過磁通發(fā)V/F限制、勵磁調(diào)節(jié)器綜合限制，閉鎖減磁功能[1]；67.454 s后，由于勵磁調(diào)節(jié)器為保證機(jī)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(jī)保護(hù)A，B兩套保護(hù)過激磁動作；75.700 s后，調(diào)速器將機(jī)組頻率調(diào)到47.5 Hz以上，轉(zhuǎn)速裝置輸出機(jī)組轉(zhuǎn)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(guān)合閘，機(jī)組并網(wǎng)成功。

3.2 主要原因分析

該調(diào)速器開機(jī)過程中，在進(jìn)入第2開機(jī)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(jī)組過速，執(zhí)行關(guān)導(dǎo)葉，導(dǎo)致機(jī)組頻率上升緩慢。由于該廠采用精密電位器作為導(dǎo)葉反饋，調(diào)速器進(jìn)入第2開機(jī)開度后，將導(dǎo)葉壓至第2空載開度過程中，可能鋼絲繩回收速度與關(guān)閉導(dǎo)葉鋼絲繩下降速度不一致(回收速度慢)，導(dǎo)致調(diào)速器檢測到精密電位器反饋導(dǎo)葉開度比實際開度大；調(diào)速器進(jìn)入PID調(diào)節(jié)后，將導(dǎo)葉開度壓至第2開機(jī)開度，由于調(diào)速器頻率檢測反饋值比實際值偏大，從而導(dǎo)致調(diào)速器關(guān)導(dǎo)葉過度，影響機(jī)組頻率上升。

4 改進(jìn)措施

(1)利用停機(jī)機(jī)會對測頻回路進(jìn)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(jī)組頻率大于20.0 Hz時，自動采用殘壓測頻；機(jī)組頻率小于等于20.0 Hz時，自動采用齒盤測頻；當(dāng)殘壓測頻故障時，自動切換為齒盤測頻；當(dāng)齒盤測頻故障后，自動切換為殘壓測頻。

(2)利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會，對精密電位器回收鋼絲繩傳動機(jī)構(gòu)的回收鋼絲繩是否順暢、動作情況進(jìn)行全面檢查，確保導(dǎo)葉反饋的靈敏度。

(3)優(yōu)化完善機(jī)組順控流程，將原程序中“機(jī)組開機(jī)流程條件滿足后立即瞬間聯(lián)動下一動作”，修改為“開機(jī)流程設(shè)定延時等待，當(dāng)機(jī)組進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)后，延時5s再聯(lián)動勵磁調(diào)節(jié)器，進(jìn)入空載狀態(tài)后，再延時5s啟動同期裝置”。

(4)提高機(jī)組進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)速定值，目前該發(fā)電廠空轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)速均設(shè)置為95%nr，將該定值適當(dāng)放大至98%nr，使得機(jī)組完全進(jìn)入100%nr范圍內(nèi)后，進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

(5)提高機(jī)組進(jìn)入空載狀態(tài)電壓值。目前該發(fā)電廠進(jìn)入空載狀態(tài)的電壓值均設(shè)置為90%Ur，當(dāng)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(jī)組電壓未調(diào)至額定就啟動同期裝置，則同期裝置需不斷調(diào)節(jié)機(jī)端電壓達(dá)到滿足同期條件，勢必延長機(jī)組并網(wǎng)時間。因此，可將順控流程中“機(jī)端電壓大于90%Ur啟動同期裝置”，修改為“當(dāng)機(jī)端電壓大于95%Ur時，啟動同期裝置”，可以減少機(jī)組同期并網(wǎng)的時間。

5 結(jié)束語

通過對#5機(jī)組開機(jī)過程中報警信號的分析，總結(jié)出影響發(fā)電機(jī)開機(jī)并網(wǎng)過程的主要原因，提出了改進(jìn)措施。對#5機(jī)組進(jìn)行上述改進(jìn)后，運(yùn)行3年來未出現(xiàn)并網(wǎng)不成功現(xiàn)象，說明以上改進(jìn)措施有效。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]魏守平.現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)節(jié)技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.