一起調(diào)速器系統(tǒng)溜負(fù)荷事件的原因分析

盛朝輝

（中油國(guó)際管道有限公司，北京 100020）

水電廠調(diào)速器系統(tǒng)溜負(fù)荷一般是指在沒有接到調(diào)整負(fù)荷指令或未按負(fù)荷調(diào)整要求執(zhí)行，機(jī)組自行減少出力甚至出現(xiàn)有功進(jìn)相的情況。溜負(fù)荷有不易察覺的特性，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)影響全廠有功的出力，從而引發(fā)機(jī)組有功進(jìn)相、功率波動(dòng)或事故跳閘停機(jī)等事故[1]。本文針對(duì)一起調(diào)速器系統(tǒng)在功率閉環(huán)控制模式下進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)期間溜負(fù)荷事件進(jìn)行了原因分析，并簡(jiǎn)述了處理方法及整改措施。

1 事件概況

某電廠為單機(jī)容量700 MW 混流式機(jī)組，采用SAFR-2 000H型系列調(diào)速器系統(tǒng)設(shè)備，根據(jù)該電廠機(jī)組檢修后啟動(dòng)并網(wǎng)試驗(yàn)方案，正在進(jìn)行調(diào)速器功率閉環(huán)模式下一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)，在調(diào)速器電柜手/自動(dòng)控制方式切換過程中發(fā)生溜負(fù)荷現(xiàn)象。

1.1 事件經(jīng)過

22:57:35，調(diào)速器電柜控制方式切至“手動(dòng)”位，試驗(yàn)人員將仿真試驗(yàn)儀器由測(cè)頻切至發(fā)頻，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“有功PID調(diào)節(jié)退出”。

22:57:57，仿真試驗(yàn)儀器由測(cè)頻切至發(fā)頻后，試驗(yàn)人員將調(diào)速器電柜控制方式切至“自動(dòng)”位。

23:03:58，試驗(yàn)人員通過調(diào)速器仿真試驗(yàn)儀器向調(diào)速器電柜發(fā)出一個(gè)+0.1Hz的頻率階躍信號(hào)，機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作。機(jī)組有功負(fù)荷由500 MW 降至391 MW。

23:04:17，試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)負(fù)荷大幅下降，將調(diào)速器電柜控制方式切至“手動(dòng)”位，機(jī)組有功負(fù)荷保持在391 MW。

23:05:34，試驗(yàn)人員申請(qǐng)上位機(jī)投入監(jiān)控有功PID 后再次將調(diào)速器電柜控制方式切至“自動(dòng)”位（此時(shí)+0.1Hz的頻率階躍信號(hào)仍然保持），機(jī)組有功負(fù)荷再次出現(xiàn)大幅下降，由391 MW 下降至258 MW。

23:05:52，試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)，再次將調(diào)速器電柜控制方式切至“手動(dòng)”位，機(jī)組負(fù)荷保持在258 MW。

23:06:10，試驗(yàn)人員將調(diào)速器仿真試驗(yàn)儀器的頻率階躍信號(hào)由+0.1Hz 修改至0Hz，機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作復(fù)歸。

23:11:12，試驗(yàn)人員將調(diào)速器電柜控制方式切至“自動(dòng)”位，機(jī)組有功負(fù)荷未發(fā)生波動(dòng)。

23:11:20，上位機(jī)操作投入機(jī)組有功PID調(diào)節(jié)。

1.2 過程分析

調(diào)速器做一次調(diào)頻試驗(yàn)，需將調(diào)速器仿真試驗(yàn)儀器由測(cè)頻切至發(fā)頻，試驗(yàn)人員將調(diào)速器控制方式切至手動(dòng)位后，機(jī)組有功PID調(diào)節(jié)自動(dòng)退出，調(diào)速器功率給定跟蹤機(jī)組實(shí)發(fā)值。在上位機(jī)未投入機(jī)組有功PID 調(diào)節(jié)的情況下，試驗(yàn)人員開始進(jìn)行頻率階躍試驗(yàn)，通過調(diào)速器仿真試驗(yàn)儀器發(fā)出+0.1Hz的頻率階躍信號(hào)至調(diào)速器電柜，調(diào)速器一次調(diào)頻動(dòng)作，機(jī)組有功實(shí)發(fā)理論應(yīng)下降17.5 MW，但由于此時(shí)調(diào)速器功率給定跟蹤機(jī)組有功實(shí)發(fā)值，調(diào)速器功率給定隨實(shí)發(fā)值減小。同時(shí)，由于一次調(diào)頻信號(hào)未復(fù)歸，一次調(diào)頻動(dòng)作量再次下調(diào)機(jī)組有功17.5 MW，如此往復(fù)造成機(jī)組連續(xù)兩次負(fù)荷急速下降。最終試驗(yàn)人員將頻率階躍復(fù)歸（頻率設(shè)置為50Hz），一次調(diào)頻動(dòng)作信號(hào)復(fù)歸，再次將調(diào)速器控制方式切至自動(dòng)位，機(jī)組有功未出現(xiàn)波動(dòng)，上位機(jī)操作將有功PID調(diào)節(jié)投入，上位機(jī)操作將機(jī)組有功設(shè)值為200 MW。

2 原因分析

事件主要原因是上位機(jī)在機(jī)組有功PID未投入情況下，通過調(diào)速器仿真試驗(yàn)儀器發(fā)出+0.1Hz頻率階躍信號(hào)（一次調(diào)頻動(dòng)作），此時(shí)調(diào)速器有功給定跟蹤實(shí)發(fā)值，引起調(diào)速器功率給定一直下降，導(dǎo)致機(jī)組溜負(fù)荷。

2.1 技術(shù)分析

當(dāng)機(jī)組處于發(fā)電狀態(tài)，機(jī)組頻率和網(wǎng)頻是同步的，調(diào)速器檢測(cè)機(jī)組頻率和網(wǎng)頻進(jìn)行比較，如果兩者偏差的絕對(duì)值超過調(diào)速器人工設(shè)定的一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)，則一次調(diào)頻動(dòng)作，導(dǎo)葉開度（功率）就會(huì)按照程序內(nèi)部固有的關(guān)系做相應(yīng)的調(diào)整。這種頻率和開度（功率）的調(diào)差變化關(guān)系就是“調(diào)差特性”的概念，該概念可用圖1 進(jìn)行表述，橫坐標(biāo)是開度（功率）百分比，縱坐標(biāo)是頻差的百分比，繪成曲線，曲線上每一點(diǎn)切線斜率的負(fù)數(shù)就是我們常說的“調(diào)差率”。負(fù)數(shù)的物理意義在于保證調(diào)節(jié)的方向正確。

實(shí)際運(yùn)行中的調(diào)速器一般是將圖1的曲線簡(jiǎn)化成一條直線進(jìn)行處理，其線性公式（1）如下:

圖1 調(diào)速器調(diào)差關(guān)系曲線

式中:BP為調(diào)差系數(shù)；Δf 為頻差，Hz；Δy 為導(dǎo)葉（功率）變化量，MW；Y為機(jī)組額定功率，MW。

分子為機(jī)組頻率變化率的標(biāo)幺值，分母為導(dǎo)葉行程的百分比（導(dǎo)葉開度）。將調(diào)差公式進(jìn)行變換，可容易得出如下公式（2）:

從公式（2）可以看出，頻差和導(dǎo)葉開度（功率）偏差有一個(gè)計(jì)算關(guān)系，如果已知頻差Δf 為固定值，那樣反算到導(dǎo)葉開度或功率就有一個(gè)固有的偏差值Δy，即調(diào)速器動(dòng)作的理論值。

事件發(fā)生時(shí)，調(diào)速器在功率閉環(huán)控制模式下正在進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)，功率模式下邏輯參數(shù)設(shè)定機(jī)組調(diào)差系數(shù)ep等于永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp值為4%，即調(diào)差公式可寫為以下公式（3）。

調(diào)速器在功率模式下的控制邏輯框圖如圖2所示。

從圖2可以看出，當(dāng)調(diào)速器系統(tǒng)出現(xiàn)頻差時(shí)（即一次調(diào)頻動(dòng)作）Δf1有值并參與主環(huán)PID 計(jì)算，則主環(huán)一直存在輸出控制調(diào)節(jié)導(dǎo)葉，此時(shí)監(jiān)控功率給定保持不變，導(dǎo)葉動(dòng)作后功率反饋會(huì)相應(yīng)變化，此時(shí)有功會(huì)出現(xiàn)Δp，Δp再與bp( ep)環(huán)在系統(tǒng)邏輯中進(jìn)行計(jì)算Δf2，再在負(fù)反饋單元中與Δf1進(jìn)行比較，直至Δf1與Δf2相等為止，此時(shí)主環(huán)輸出為零，待一次調(diào)頻動(dòng)作復(fù)歸后，功率反饋會(huì)調(diào)節(jié)至原功率給定值（AGC未下達(dá)最新功率給定情況下）。

此次事件中在調(diào)速器仿真試驗(yàn)儀器發(fā)出+0.1Hz的頻率階躍信號(hào)后，系統(tǒng)一次調(diào)頻動(dòng)作，即Δf1=0.1Hz，再去除一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)后通過公式（3）反算，此時(shí)負(fù)荷調(diào)節(jié)量理論值Δp 應(yīng)為17.5 MW，但由于上位機(jī)有功PID 調(diào)節(jié)退出，功率給定跟蹤實(shí)發(fā)值，Δp始終為零，導(dǎo)致主環(huán)反饋單元計(jì)算始終有值，因此在一次調(diào)頻未復(fù)歸的情況下，調(diào)速器會(huì)一直調(diào)負(fù)荷，這才導(dǎo)致了溜負(fù)荷的情況。該電廠一次調(diào)頻策略是:有功PID 投入，調(diào)速器優(yōu)先跟蹤有功設(shè)定值，一次調(diào)頻動(dòng)作期間，有功是二者疊加的結(jié)果，一次調(diào)頻復(fù)歸后，有功跟蹤PID設(shè)定值；有功PID未投入，調(diào)速器在功率閉環(huán)模式下有功設(shè)定值為當(dāng)前實(shí)發(fā)值，一次調(diào)頻動(dòng)作期間，每個(gè)計(jì)算周期都會(huì)以當(dāng)前實(shí)發(fā)值為基準(zhǔn)，進(jìn)行增/減負(fù)荷操作，若頻差一直存在，則一次調(diào)頻動(dòng)作持續(xù)，有功不斷變化。

圖2 調(diào)速器在功率模式下的邏輯圖

3 暴露的問題及整改措施

3.1 暴露問題

（1）試驗(yàn)人員安全意識(shí)不強(qiáng)，工作匯報(bào)制度落實(shí)不夠，試驗(yàn)前未對(duì)試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析；試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)大綱要求調(diào)速器在手動(dòng)方式下監(jiān)控投入有功PID調(diào)節(jié)無法實(shí)現(xiàn)的問題上未能引起足夠重視，未能認(rèn)真分析調(diào)速器切自動(dòng)、監(jiān)控投入有功PID 調(diào)節(jié)與加入一次調(diào)頻頻差的正確順序；試驗(yàn)后未能及時(shí)匯報(bào)試驗(yàn)中的異常情況。

（2）試驗(yàn)責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)，未能全面檢查設(shè)備是否處于正常接線或正常運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致監(jiān)控未投入有功PID 的工況下，調(diào)速器系統(tǒng)始終發(fā)出+0.1Hz 的頻率階躍信號(hào)，從而引起問題發(fā)生。

（3）試驗(yàn)過程中重視進(jìn)度、忽視安全。試驗(yàn)人員未能堅(jiān)持開展危險(xiǎn)點(diǎn)分析和預(yù)判，忽略操作風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 整改措施

（1）原有功PID調(diào)節(jié)投入的前提條件為調(diào)速器控制方式在自動(dòng)位，更改邏輯為調(diào)速器在功率模式下，調(diào)速器進(jìn)行手自動(dòng)切換，監(jiān)控有功PID調(diào)節(jié)不退出。

（2）加強(qiáng)各專業(yè)人員技術(shù)技能的培訓(xùn)和自我學(xué)習(xí)，有效提高各專業(yè)試驗(yàn)人員對(duì)相關(guān)試驗(yàn)特別是試驗(yàn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及可能出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的掌控能力。

（3）加強(qiáng)工作危險(xiǎn)點(diǎn)分析，制定預(yù)控措施；嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)護(hù)制度，出現(xiàn)問題立即暫停試驗(yàn)，待原因分析透徹后方可繼續(xù)試驗(yàn)，杜絕出現(xiàn)只重進(jìn)度，忽略安全和質(zhì)量的情況。

4 結(jié)語

調(diào)速器系統(tǒng)在不同控制模式下均有不同的邏輯計(jì)算和配合關(guān)系，往往這些關(guān)系都是一環(huán)扣一環(huán)，因工作失誤或技術(shù)技能水平不足等導(dǎo)致任何一環(huán)出現(xiàn)問題，都會(huì)造成異常的出現(xiàn)，甚至事故的發(fā)生。在試驗(yàn)期間對(duì)設(shè)備控制邏輯認(rèn)識(shí)不清、麻痹大意、責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)直接導(dǎo)致了這次溜負(fù)荷事件，筆者對(duì)該事件進(jìn)行了詳細(xì)的分析同時(shí)也給電廠工作人員敲響了警鐘，希望能對(duì)同類電廠處理類似問題提供參考[2]，以便提前采用有效措施保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。