柘溪水電廠擴建機組運行優(yōu)化

鄒桂麗

(湖南省電力公司科學研究院，湖南長沙 410007）

柘溪水電廠擴建機組運行優(yōu)化

鄒桂麗

(湖南省電力公司科學研究院，湖南長沙 410007）

本文就柘溪水電廠擴建機組AGC控制策略、機組LCU負荷調節(jié)參數(shù)、機組油壓裝置控制流程等運行優(yōu)化完善工作進行了分析與介紹，對同類水電廠的技術改造和運行優(yōu)化、提高機組及電網安全可靠性具有重要指導意義。

水電機組;控制策略;LCU調節(jié)參數(shù);優(yōu)化

水電機組具有啟動迅速、負荷調節(jié)靈活等特點，既是電網中調頻、調峰的主要電廠，同時也是電力系統(tǒng)故障時的重要后備電源。柘溪水電廠7，8號機組單機容量大 (250 MW)，對電網的影響尤其不容忽視，通過開展現(xiàn)場試驗、仿真計算及缺陷整改等運行優(yōu)化工作，取得了豐富成果并用于指導運行，改善了機組負荷調整過渡過程性能指標，優(yōu)化了機組運行方式，提高了機組控制和水機保護的安全性，為電網的安全穩(wěn)定運行提供了有力保證。

1 自動發(fā)電控制 (AGC)功能優(yōu)化

水電廠自動發(fā)電控制 (AGC)作為水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要功能在大中型水電廠中獲得了廣泛的應用。但水電廠中AGC的實施存在許多工程化問題，尤其是如何避免機組負荷調節(jié)過于頻繁及如何避開機組“禁運區(qū)”運行等。由于水電機組振動、汽蝕等原因，機組的“禁運區(qū)”有時多達2～3個，如何既保證電網對負荷響應速度和負荷調節(jié)精度的要求，又確保機組安全可靠運行是水電廠自動發(fā)電控制 (AGC)首要考慮的問題。

1.1 AGC功能優(yōu)化前現(xiàn)狀

AGC功能優(yōu)化前負荷分配原則為:AGC軟件讀取省調有功設定值后，減去未參與AGC成組調節(jié)的機組有功實發(fā)值，剩余負荷在參與AGC成組調節(jié)的機組間平均分配。

AGC功能優(yōu)化前躲避”禁運區(qū)”策略為:機組不能長期運行在”禁運區(qū)”。為了避免機組頻繁跨越”禁運區(qū)”，機組運行在”禁運區(qū)”上限以上時，當機組有功分配到”禁運區(qū)”時，則只分配到”禁運區(qū)”上限，反之，當機組運行在”禁運區(qū)”下限以下時，如果分配的有功處于”禁運區(qū)”，則只分配到”禁運區(qū)”下限。

試驗表明:AGC功能優(yōu)化前AGC響應速度和調節(jié)精度均達不到電網要求，而且機組負荷調節(jié)相當頻繁。AGC調節(jié)品質達不到考核標準，影響電廠自身經濟效益，不能確保源網協(xié)調，無法對電網提供強有力的支撐。頻繁的負荷調整，將導致調速器油壓裝置油泵啟動頻繁，加速機組轉動件磨損、導葉軸套漏水等缺陷發(fā)生，嚴重威脅設備的安全運行。

1.2 AGC控制策略優(yōu)化

根據(jù)單機“禁運區(qū)”和參加AGC成組調節(jié)機組的不同組合實時計算當前水頭下全廠AGC方式聯(lián)合“禁運區(qū)”，即無法通過任何負荷分配避開機組“禁運區(qū)”的負荷段，有時此“禁運區(qū)”不止1個。將全廠聯(lián)合“禁運區(qū)”實時上送電網調度，這樣就可以避免電網調度將負荷調節(jié)指令的目標值給定在全廠聯(lián)合“禁運區(qū)”，從而提高AGC調節(jié)精度。

AGC程序中設置跨越”禁運區(qū)”的死區(qū)。即機組跨越”禁運區(qū)”與不跨越”禁運區(qū)”相比，實發(fā)有功與目標值差值大于跨越”禁運區(qū)”死區(qū)時，機組跨越”禁運區(qū)”。否則，機組不跨越“禁運區(qū)”。這樣可以避免機組頻繁穿越“禁運區(qū)”，大大提高機組安全性。

AGC調節(jié)時，如果僅考慮經濟性而調用大量機組去響應并非特別大的隨機負荷調整是不盡合理的，尤其是對機組單機容量較大的大型水電廠，不僅不經濟，而且會帶來安全隱患。為此在全廠AGC控制程序中設定小負荷變幅定值，調度有功給定在小負荷變幅范圍內時只1臺機組參與調節(jié)。當全廠有功給定值增加時，選擇實發(fā)有功值占總容量比例最小的機組參與調節(jié);當全廠有功給定值減少時，選擇實發(fā)有功占總容量比例最大機組參與調節(jié)。這樣可以有效避免機組負荷頻繁調節(jié)，從而降低機組機械部件磨損、壓油裝置油泵頻繁啟動等缺陷的發(fā)生，確保機組安全運行。

2 機組LCU有功功率調節(jié)參數(shù)優(yōu)化

通過對機組LCU調功程序中的PID參數(shù)及調功最大脈寬、最小脈寬時間以及調節(jié)間隔時間常數(shù)進行調整，解決了機組有功調節(jié)品質達不到電網要求的問題。有功調節(jié)過渡過程曲線見圖1，2。54 m水頭下100 MW的負荷差調節(jié)時間約44 s，設定的調節(jié)參數(shù)為Kp=6，Kd=2最大脈寬3.5 s，一次調節(jié)周期4 s。雖然調節(jié)時間比電網要求稍長，但54 m水頭已經接近水輪機最低運行水頭 (水輪機工作水頭:52 m～75 m，額定水頭:63 m)，推算54 m以上水頭調節(jié)時間可以滿足要求。

3 參數(shù)PID負荷調節(jié)功能研究

柘溪水電廠監(jiān)控系統(tǒng)增/減負荷是通過調速器開度控制模式實現(xiàn)的，即監(jiān)控系統(tǒng)開出脈沖量給調速器開/關導葉來調整機組負荷。水頭不同，相同的導葉開度改變量對應的負荷改變量是不同的。因此，不同水頭下最優(yōu)負荷調節(jié)參數(shù)是不一樣的，以前所有的監(jiān)控系統(tǒng)導葉開度調功模式均采用固定的監(jiān)控系統(tǒng)負荷調節(jié)參數(shù)，這對于水頭變化不大，電網對電廠要求不高的水電廠沒有很大影響，但對于柘溪最高、最低運行水頭相差20多m的水電廠來說，這樣的調節(jié)參數(shù)無法滿足電網對水電廠負荷調節(jié)品質的要求。為此將PID調節(jié)參數(shù)引入變參數(shù)機制，要求監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)不同的水頭自動改變負荷調節(jié)PID參數(shù)。經過多次程序調整，目前該功能已通過仿真測試，待機組檢修時再在真機上進行試驗驗證，然后投入試運行。

4 油壓裝置運行優(yōu)化

圖1 有功調節(jié)100～200 MW過渡過程曲線(Kp=6，Kd=2，max=3 500)

柘溪水力發(fā)電廠7，8號機組油壓裝置共有3臺油泵安裝在回油箱上，包括2臺相同的主泵組和1臺升壓泵組。升壓泵組在水輪機運行期間斷續(xù)運行，在壓力開關的控制下，向壓力油罐供油。當壓力油罐壓力持續(xù)下降到設定值時，分別啟動2臺主泵組向壓力油罐供油。油壓裝置由主機廠天津阿爾斯通水電設備公司配套生產，其設計理念是按照進口機組設計的，不符合國內機組運行方式和相關技術標準的要求;另外在設計上還有許多缺陷和不足，不滿足現(xiàn)場運行要求。

4.1 油泵手動運行方式優(yōu)化

油壓裝置控制回路原設計只在自動運行方式下投入卸載閥，手動運行方式下沒有投入卸載閥，導致手動啟動油泵時，易燒壞油泵保險。

重新對油壓裝置控制回路進行修改，增加了各油泵在手動運行方式下，投入卸載閥的功能，和自動運行方式下一樣，卸載時間為8～10 s。

4.2 油壓裝置控制流程優(yōu)化

原設計只有在機組開機后即接到機組開機令后，油壓裝置控制流程才啟動，投入流程自動運行，在機組停機后，流程自動退出。這樣導致在停機后，壓力油罐的壓力降低后，不能通過流程自動維持在額定壓力，影響下一次機組正常開機。

圖2 有功調節(jié)200～100 MW過渡過程曲線(Kp=6，Kd=2，max=3 500)

重新對油壓裝置控制流程進行修改，在油壓裝置控制回路在自動運行狀態(tài)下，保證壓力油罐的壓力能夠維持在額定壓力，以滿足機組隨時開機的需要。

4.3 大油泵的主備用切換功能優(yōu)化

原設計大油泵的主備用切換由操作把手手動切換，需要運行人員定期進行切換，增加運行維護工作量。

將操作把手更換為三位開關，在手動進行大油泵主備用切換的基礎上，增加自動切換功能，當操作把手處于自動切換位置時，大油泵的主備用切換自動實現(xiàn)，在可編程控制器上電后，首先將1號泵置為主用，以后每7 d輪換1次。

4.4 自動補氣功能完善

對自動補氣流程進行了改進:當油壓裝置油位達到正常油位但壓力未達到正常壓力情況下，啟動自動補氣10 min，然后停10 min，循環(huán)往復，直到壓力達到正常值。

5 水機保護優(yōu)化完善

水機保護是水電廠快速切除故障設備，防止事故擴大，確保機組安全的重要保證。在設計配置、選型、整定、調試定檢等各環(huán)節(jié)稍有疏忽或考慮不周，都將會給水電廠乃至電網的安全運行構成嚴重威脅，甚至造成設備嚴重損壞、水電廠全廠停電、電網瓦解等重大事故。

由于設計、安裝、產品質量等各種原因，柘溪水電廠7，8號機組調試和投產初期出現(xiàn)過多次保護誤動事件。為了使水機保護配置、邏輯以及出口規(guī)范化，結合電廠具體情況對7，8號機組水機保護進行了以下優(yōu)化。

5.1 溫度保護優(yōu)化

由于制動測溫屏上溫度測量數(shù)顯儀多次出現(xiàn)故障導致溫度保護誤動停機，嚴重影響機組的穩(wěn)定可靠運行，由于溫度保護還有完善的RTD保護出口，決定溫度測量數(shù)顯儀信號只作用于報警取消其保護出口。

5.2 冷卻水中斷保護

由于部分示流器安裝位置不妥或元件本身質量問題，柘溪水電廠7，8號機組調試和投產初期出現(xiàn)過多次冷卻水中斷保護誤動事件。即要保證冷卻水中斷后有停機保護又要不誤動，為此對冷卻水中斷保護邏輯進行了優(yōu)化，在保護邏輯中引入溫度報警條件共同作用于事故停機。

6 結束語

柘溪水電廠擴建工程運行優(yōu)化工作涉及到主機、調速系統(tǒng)、油壓裝置、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、水機保護、自動化元件等多個方面，應用效果良好，對改善水電廠機組安全穩(wěn)定運行，提高電網安全可靠性具有重要指導意義。

TV7

B

1008-0198(2011)03-0035-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.010

2010-09-15

鄒桂麗(1964— )，女，漢族，大學本科，主要從事水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及其輔助設備試驗和研究工作。