大藤峽水力發(fā)電廠調(diào)速器系統(tǒng)介紹

程俊才，吳義斌

（廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 537226）

1 前言

大藤峽水力發(fā)電廠位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峽出口弩灘上，地屬廣西自治區(qū)桂平市，距桂平市彩虹橋6.6 km。電站為河床式廠房，裝有8臺立軸軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量200 MW，總裝機(jī)容量1 600 MW，其中右岸廠房5 臺機(jī)組，左岸廠房3 臺機(jī)組，多年平均發(fā)電量60.55 億kW·h。電站以220 kV 電壓等級接入廣西電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔(dān)發(fā)電和調(diào)峰任務(wù)。電站采用以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為主的無人值班，少人值守運(yùn)行方式。

調(diào)速器系統(tǒng)及其油壓裝置是南京南瑞公司設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)的SWT-2000 型雙微機(jī)調(diào)速器。其電氣控制柜采用南瑞全自主知識產(chǎn)權(quán)的SAFR-2000H電氣調(diào)節(jié)裝置；液壓調(diào)節(jié)裝置采用國際知名品牌的ZFL 型液壓柜；油壓裝置型號為YZ-20×2-6.3，額定油壓為6.3 MPa。

2 大藤峽水力發(fā)電廠調(diào)速器系統(tǒng)的功能要求

根據(jù)電廠運(yùn)行需要，大藤峽水力發(fā)電廠調(diào)速器應(yīng)具備有開度控制、開停機(jī)和緊急及事故停機(jī)控制、導(dǎo)葉開度限制、導(dǎo)葉與槳葉協(xié)聯(lián)、在線自診斷及處理，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場及遠(yuǎn)方的手動、自動開停機(jī)等功能。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動時(shí)，能自動參與一次調(diào)頻，且一次調(diào)頻性能指標(biāo)滿足《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》（2017 版）、《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》（2017 版）的相關(guān)要求。

調(diào)速器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，不造成水輪機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定和出力波動，在外部系統(tǒng)事故時(shí)，能保證機(jī)組安全停機(jī)。通過電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)組現(xiàn)地控制單元（LCU），以數(shù)據(jù)通信和開關(guān)量接口兩種方式向調(diào)速器發(fā)送各種調(diào)節(jié)命令，并采集調(diào)速器中的各種信號[1]。

3 大藤峽水力發(fā)電廠調(diào)速器系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

大藤峽水力發(fā)電廠調(diào)速器系統(tǒng)是由南京南瑞水利水電科技有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，共有5 個控制柜，分別為1 個電氣控制柜、1 個機(jī)械液壓柜、1 個油源控制柜和2 個動力柜。其中電氣控制柜接收監(jiān)控系統(tǒng)的命令實(shí)現(xiàn)自動開機(jī)及故障報(bào)警功能，機(jī)械液壓柜可以手動控制導(dǎo)葉和槳葉的開度以及實(shí)現(xiàn)機(jī)組的緊急停機(jī)和鎖定裝置的投退、油源控制柜和動力柜相互配合實(shí)現(xiàn)壓力油罐壓力的穩(wěn)定。

3.1 大藤峽水力發(fā)電廠主配壓閥選擇計(jì)算

主配壓閥在調(diào)速器中起著控制液流方向和大小的作用，是調(diào)速器的最終執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)。主配壓閥的選擇和其過油量有關(guān)，而過油量又和導(dǎo)葉、槳葉的接力器容積以及操作油流速有關(guān)。

導(dǎo)葉、槳葉部分參數(shù)見表1。

表1 導(dǎo)葉、槳葉部分參數(shù)

導(dǎo)葉接力器容積：

導(dǎo)葉主配壓閥按12 s 關(guān)機(jī)所需要的流量QG：

槳葉接力器容積：

槳葉主配壓閥按60 s 關(guān)機(jī)所需要的流量QB：

作為國內(nèi)單機(jī)容量最大的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，因其轉(zhuǎn)動慣量大，為保證機(jī)組安全可靠，導(dǎo)葉和槳葉主配采用美國GE 公司的FC20000。

大藤峽水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)葉主配和槳葉主配均采用臥式布置方式。主配的動作受伺服比例閥控制，來自電氣控制柜或者液壓操作柜的控制信號在比例伺服閥中轉(zhuǎn)換為液壓流量輸出，該流量直接作用在主配的閥芯上，使得主配閥芯隨著電氣信號左右移動，而主配的左右移動直接影響著壓油管和回油管對接力器開關(guān)腔的供排油量，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉和槳葉開度的調(diào)節(jié)；同時(shí)主配閥芯上帶有主配行程傳感器及主配拒動開關(guān)，便于控制及監(jiān)視主配的動作狀態(tài)[2]。

3.2 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律

導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的選擇是軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組預(yù)防抬機(jī)的重要措施之一，為滿足導(dǎo)葉水力過渡過程計(jì)算的要求，應(yīng)用特征線法，利用計(jì)算機(jī)仿真軟件計(jì)算水輪機(jī)管道中的瞬變流態(tài)，確定了水輪機(jī)導(dǎo)葉采用兩段關(guān)閉規(guī)律[3]。

采用兩段關(guān)閉規(guī)律，其中拐點(diǎn)選擇至關(guān)重要，若拐點(diǎn)選取過高，則實(shí)際運(yùn)行時(shí)會出現(xiàn)大部分工況均在第二段關(guān)閉范圍內(nèi)運(yùn)行。而且在現(xiàn)場調(diào)試中，設(shè)置兩段關(guān)閉的拐點(diǎn)時(shí)，是以接力器行程為基準(zhǔn)，由于接力器行程與導(dǎo)葉開度為非線性關(guān)系，故拐點(diǎn)設(shè)置很多時(shí)候會存在誤差，出現(xiàn)實(shí)際關(guān)閉規(guī)律與計(jì)算關(guān)閉規(guī)律不完全匹配的情況。通過現(xiàn)場試驗(yàn)及綜合分析，導(dǎo)葉分段關(guān)閉規(guī)律如下：

關(guān)機(jī)時(shí)間與導(dǎo)葉開度關(guān)系見圖1。

圖1 關(guān)閉時(shí)間與導(dǎo)葉開度關(guān)系示意圖

關(guān)機(jī)時(shí)間與接力器行程關(guān)系見圖2。

圖2 關(guān)閉時(shí)間與接力器行程關(guān)系示意圖

如圖所示，機(jī)組關(guān)機(jī)時(shí)的前0.2 s 為接力器固有時(shí)間；第一段關(guān)機(jī)時(shí)間為8.4 s，第二段關(guān)機(jī)時(shí)間為12 s，導(dǎo)葉分段拐點(diǎn)為30%開度。導(dǎo)葉接近全關(guān)位置處，設(shè)置有接力器的緩沖裝置，此時(shí)的導(dǎo)葉關(guān)閉按設(shè)定的緩沖時(shí)間進(jìn)行，所以在關(guān)機(jī)曲線中，到5%開度時(shí)有第三段關(guān)機(jī)時(shí)間，此狀態(tài)不考慮在導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律內(nèi)。

3.3 事故配壓閥

事故配壓閥作為保證機(jī)組安全的有力屏障，當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)速器的開關(guān)腔接通接力器的開關(guān)腔，通過主配壓閥來控制導(dǎo)葉的開度，當(dāng)機(jī)組發(fā)生過速115%額定轉(zhuǎn)速且主配拒動或者事故低油壓等情況，此時(shí)事故配壓閥接受保護(hù)動作信號并動作，其閥芯在差壓作用下?lián)Q向，將調(diào)速器主配壓閥切除，來自壓油罐的恒壓油接通接力器的關(guān)腔，直接操作導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的接力器，緊急關(guān)閉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。

4 投產(chǎn)后出現(xiàn)的問題及解決辦法

大藤峽水力發(fā)電廠調(diào)速器自投產(chǎn)以來調(diào)節(jié)性能良好，但是因管路及回油箱里的雜質(zhì)，導(dǎo)致機(jī)組在做完事故停機(jī)實(shí)驗(yàn)后自動開機(jī)不成功。以下介紹6 號機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及解決方法。

4.1 問題的發(fā)現(xiàn)

6 號機(jī)組在做完事故停機(jī)試驗(yàn)后再次自動開機(jī)時(shí)導(dǎo)葉不動作，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)自動開機(jī)失敗流程退出，現(xiàn)場檢查情況如下：

（1）調(diào)速器系統(tǒng)切手動并手動增加導(dǎo)葉開度，在液壓操作柜的綜合模塊上測量伺服閥的控制輸入及伺服反饋，發(fā)現(xiàn)控制輸入和伺服反饋電壓正常變化；

（2）拆解緊急停機(jī)電磁閥，發(fā)現(xiàn)緊急停機(jī)電磁閥內(nèi)部管路無異物且動作靈活；

（3）檢查事故配壓閥沒有投入，油路正常；

（4）手動增加導(dǎo)葉開度測量主配反饋信號，發(fā)現(xiàn)主配反饋電壓恒定從而懷疑主配發(fā)卡。

4.2 故障分析

（1）管路裝配階段沒有對管路進(jìn)行酸洗，導(dǎo)致管路雜質(zhì)清理不徹底，雜質(zhì)又經(jīng)管路進(jìn)入主配壓閥，導(dǎo)致主配壓閥損傷。

（2）大藤峽水力發(fā)電廠調(diào)速器系統(tǒng)主配壓閥為臥式布置，受自身重力影響，因閥芯和閥套的硬度不同，其閥芯對閥套有一定的損傷。

4.3 問題處理

主配壓閥拆解兩側(cè)端蓋后發(fā)現(xiàn)：主配壓閥的閥套上有明顯的劃痕；手動緩慢推動閥芯感覺閥芯明顯受阻，至此，自動開機(jī)不成功的原因已經(jīng)找到。經(jīng)更換主配壓閥后6 號機(jī)組能正常開機(jī)。

5 結(jié)語

大藤峽水力發(fā)電廠調(diào)速器系統(tǒng)一方面采用應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的控制算法，能有效抑制水力系統(tǒng)產(chǎn)生的水力振蕩，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)；另一方面通過故障診斷、分析，為滿足電站運(yùn)行要求制定合理的容錯控制策略；其次在調(diào)試過程中設(shè)置合理的參數(shù)及優(yōu)化控制邏輯使調(diào)速器系統(tǒng)滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。