黃金坪電站機組有功功率波動異常分析

麥先春 王 亮 劉振東 王峻峰

（1.四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川甘孜626001；2.中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司水電科學(xué)研究院，四川成都610074）

0 引言

黃金坪電站位于大渡河上游河段，采用混合式開發(fā)方式，大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，建有岸邊溢洪道和泄洪（放空）洞，水庫具有日調(diào)節(jié)能力。電站是以發(fā)電為主的大（Ⅱ）型工程，無防洪、灌溉、航運、漂木等綜合利用要求。電站機組位于左岸山體中，建地下廠房發(fā)電。電站采用“一洞一室兩機”及“單管單機供水”形式，1、2號機組共用1號尾水洞，3、4號機組共用2號尾水洞。

1 異?，F(xiàn)象

某日電站接到省調(diào)通知，電站的有功功率存在波動現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在3號和4號機組同時帶負(fù)荷后，在沒有進行有功調(diào)整操作的情況下，兩臺機組有功功率呈現(xiàn)周期性低幅值變化。運維人員查詢數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)3號機組有功功率波動范圍為171.551～175.016 MW，4號機組有功功率波動范圍為151.565～156.385 MW，波動最大值達(dá)4.8 MW，周期約16 s。隨后通過查閱大量的監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)，運維人員發(fā)現(xiàn)3、4號機組單機運行時無有功波動現(xiàn)象，3、4號機組在較高負(fù)荷工況下同時運行會出現(xiàn)有功波動現(xiàn)象，波動周期約為16 s。

2 異?，F(xiàn)象分析

運維人員查閱大量的機組監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)和電站水情歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有功功率波動與尾水水位變化有較強的關(guān)聯(lián)性，隨即對該電站機組進行有功功率波動現(xiàn)場測試，查找并確認(rèn)機組有功功率波動的原因。

2.1 對機組進行變尾水水位測試

3、4號機組各帶190 MW負(fù)荷，并對其進行增加下泄流量升高尾水位測試，下泄流量增至2 660 m3/s，當(dāng)2號尾水洞水位上升至1 405.2 m時，雙機有功波動現(xiàn)象消失。

3、4號機組各帶185 MW負(fù)荷，并對其進行減少下泄流量降低尾水水位測試，下泄流量降至1 510 m3/s，當(dāng)2號尾水洞水位下降至1 403.8 m時，雙機有功波動現(xiàn)象產(chǎn)生。

3、4號機組各帶190 MW負(fù)荷，通過減少下泄流量對其進行降低尾水水位測試，下泄流量最低降至98 m3/s，當(dāng)2號尾水洞水位降至1 401.5 m時，雙機有功波動幅值最大，3號機約為7.3 MW，4號機約為7.5 MW。

通過測試可知，機組有功功率波動與尾水水位變化的關(guān)聯(lián)性很強。

2.2 對機組進行非水力因素排查測試

測試前3、4號機組各帶190 MW負(fù)荷，雙機處于有功波動狀態(tài)，監(jiān)控有功閉環(huán)調(diào)節(jié)退出時的情況。3、4號機組依次完成退出調(diào)速器一次調(diào)頻功能、退出勵磁PSS功能，調(diào)速器切手動控制方式，操作后保持一段時間，有功波動現(xiàn)象仍然存在；再將3、4號機組先后投入調(diào)速器一次調(diào)頻功能、勵磁PSS功能，調(diào)速器切回自動控制方式，保持一段時間，有功波動現(xiàn)象仍然存在，可排除調(diào)速器一次調(diào)頻功能、勵磁PSS功能和調(diào)速器對有功波動的影響；然后進行機組變功率因數(shù)測試，對3、4號機組先后進行功率因數(shù)的調(diào)整，調(diào)整期間有功波動現(xiàn)象仍然存在，可排除功率因數(shù)對有功波動的影響。

通過測試可知，機組有功功率波動與機組本身及其控制系統(tǒng)無明顯關(guān)聯(lián)。

3 處理措施

現(xiàn)場測試結(jié)果顯示，抬高尾水位可消除有功波動現(xiàn)象，但直接抬高尾水位會引起較大的水頭損失，進而導(dǎo)致較大的出力損失。而且抬高尾水位的永久性工程措施，不僅施工難度高、工程量大，而且工期長、經(jīng)濟性差。通過仿真計算發(fā)現(xiàn)，增大尾水閘門室后兩條尾水叉管的水力損失（阻尼），可以使3、4號機組的尾水閘門室處水位振蕩情況消失。這說明增加尾閘室后支管內(nèi)的局部水頭損失，有助于平抑機組在穩(wěn)定運行狀態(tài)下的有功功率波動現(xiàn)象，因此可采用在尾水支管增設(shè)消能坎的方式消除有功波動。

3、4號機組采用尾水支管加裝消能坎的措施：第一次在3、4號機組尾水支管總長的2/3處各安裝一個底長3 m、頂長1 m、高1 m，與尾水支管同寬的梯形消能坎；第二次在相同位置安裝一個底長5 m、頂長1 m、高2 m，與尾水支管同寬的梯形消能坎。

4 處理措施的應(yīng)用效果

3、4號機組尾水支管消能坎安裝完成后，對3、4號機組進行了現(xiàn)場工程處理措施的驗證測試，結(jié)果為：

（1）二次加裝消能坎后，即使在最惡劣的工況下，有功波動的最大幅值也僅為2.3 MW，其他工況幾乎不存在波動問題。

（2）僅在3號機帶180 MW、4號機在160～200 MW負(fù)荷和3號機帶160 MW負(fù)荷、4號機在160～180 MW負(fù)荷的工況下，還存在一定程度的有功波動現(xiàn)象，且有功波動幅值在1.0～2.3 MW，小于調(diào)度側(cè)系統(tǒng)推送低頻振蕩信號3 MW的要求。

兩次加裝消能坎前后有功波動的數(shù)據(jù)對比如表1所示。

通過對比發(fā)現(xiàn)，在上下游水位相差不大的工況下，第一次加裝消能坎后的有功波動的最大幅值由加裝消能坎前的7.60 MW和7.70 MW減小到4.60 MW和4.80 MW，第二次加裝消能坎后有功波動的最大幅值更是減小到2.30 MW，說明尾水支管消能坎的增加對機組有功波動起到了明顯的抑制作用，黃金坪電站機組有功波動異常的問題得到了有效解決。

表1 3、4號機組兩次加裝消能坎前后有功功率波動的數(shù)據(jù)對比

5 結(jié)語

引起水電站機組有功功率波動的原因有很多，本文通過關(guān)聯(lián)法和排除法確定了機組有功功率波動的原因，并通過試驗復(fù)現(xiàn)異常現(xiàn)象證明了引起異常的原因，同時從經(jīng)濟性、可行性和工程量等方面綜合考量，借鑒水工專業(yè)知識，針對性地提出了在尾水支管加裝消能坎的工程措施，并通過試驗證明，該措施對機組有功波動起到了明顯的抑制作用，有效地解決了有功功率波動問題，具有一定的參考價值和推廣意義。