紫坪鋪電廠自動(dòng)電壓控制(AVC) 功能簡述及投運(yùn)初期故障分析

余 寧

(四川紫坪鋪水電廠，四川 成都 610091)

1 前 言

紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省岷江上游都江堰市麻溪鄉(xiāng)境內(nèi)，距成都60km，大壩為混凝土面板堆石壩，壩高156m，總庫容11.12億m3。工程以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護(hù)、旅游等綜合效益，它是西部開發(fā)標(biāo)志性工程。紫坪鋪電廠總裝機(jī)760MW(4×190MW)，年發(fā)電量約34.17億kW·h，年利用小時(shí)4 496h，以一回500kV出線接入成都環(huán)網(wǎng)。

紫坪鋪電廠于2005年11月首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電， 2006年4月4臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和自動(dòng)化水平的不斷提高，具備自動(dòng)電壓控制 (AVC)功能的機(jī)組在電網(wǎng)中的作用越來越大，自動(dòng)電壓控制技術(shù)已成為現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行中不可缺少的手段。在第 27屆中國電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行會(huì)議上將AVC列入現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度發(fā)展新技術(shù)之一，紫坪鋪電廠為進(jìn)一步推動(dòng)四川電網(wǎng)的AVC工作開展，于2009年7月正式進(jìn)行廠內(nèi)AVC試驗(yàn)及與四川省調(diào)中心進(jìn)行AVC聯(lián)合調(diào)試試驗(yàn)，并于此后半年進(jìn)行了AVC遠(yuǎn)方控制試運(yùn)行。

2 AVC的主要功能

水電廠自動(dòng)電壓控制(AVC)是指按預(yù)定條件和要求，自動(dòng)控制水電廠母線電壓或全廠無功功率的技術(shù)。在保證電廠安全運(yùn)行的前提下，為系統(tǒng)提供可充分利用的無功功率，減少電廠的功率損耗。采用AVC可以滿足電力系統(tǒng)對(duì)機(jī)組安全發(fā)電和安全運(yùn)行的要求，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要滿足運(yùn)行人員的一些特殊要求。并且對(duì)全廠母線電壓的變化及一些特殊情況做出迅速反應(yīng)，直接執(zhí)行或提示，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.1 四川電網(wǎng)AVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

四川電網(wǎng)AVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

省調(diào)AVC主站通過EMS系統(tǒng)實(shí)時(shí)下發(fā)高壓母線電壓控制命令給紫坪鋪電廠的監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí)將“省調(diào)AVC系統(tǒng)在控狀態(tài)”信息一并下發(fā)變電站，該狀態(tài)信息僅作為變電站側(cè)的監(jiān)視信號(hào)，不納入邏輯計(jì)算。數(shù)據(jù)交換內(nèi)容見表1。

2.2 紫坪鋪電廠AVC系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)

2.2.1 AVC的分配算法

AVC分配算法通常有四種，即：無功功率控制對(duì)象的分配算法；帶電壓監(jiān)視功率控制的分配算法；全廠電壓控制對(duì)象的分配算法；電壓補(bǔ)償模式的分配算法。根據(jù)四川省調(diào)度中心的要求，紫坪鋪電廠AVC分配算法為全廠電壓控制對(duì)象的分配算法。即AVC投入省調(diào)期間，控制對(duì)象為出線電壓：按照省調(diào)給定母線電壓增量值(△V)，對(duì)全廠無功進(jìn)行分配，使電廠母線電壓維持在給定水平。

式中QACT——為當(dāng)前實(shí)發(fā)無功；

△V——為實(shí)際母線電壓與給定電壓值偏差；

KVNOR——為母線電壓在正常電壓值范圍內(nèi)的調(diào)壓系數(shù)；

圖1 四川電網(wǎng)AVC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意

省(地)調(diào)AVC系統(tǒng)與直調(diào)電廠間數(shù)據(jù)傳輸電廠上傳模擬量電廠上傳開關(guān)量省(地)調(diào)下傳模擬量省(地)調(diào)下傳開關(guān)量通信規(guī)約1.電廠高壓側(cè)母線電壓2.各機(jī)組有功、無功3.計(jì)及PQ特性的無功上、下限制值1.機(jī)組是否閉環(huán)運(yùn)行2.機(jī)組增、減磁閉鎖3.全廠遠(yuǎn)方/就地信號(hào)1.電廠高壓母線電壓目標(biāo)值 AVC是否在控 101、104規(guī)約

當(dāng)母線電壓值在正常電壓范圍以外，按緊急調(diào)壓系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)

KVEMG——為母線電壓在正常電壓值范圍外的緊急調(diào)壓系數(shù)。

在紫坪鋪電廠AVC試運(yùn)行期間，也常采用電壓曲線方式控制母線電壓，即按照中調(diào)或當(dāng)?shù)厥孪仍O(shè)定的電壓曲線對(duì)全廠無功進(jìn)行分配，使母線電壓維持在曲線設(shè)定值水平，分配算法同上。

2.2.2 AVC分配原則

紫坪鋪電廠主要采用等功率因數(shù)原則。此外，還可采用無功容量成比例原則，因后種分配原則使用較少，在此不作介紹。

式中n——為參加AVC的機(jī)組數(shù)；

Pi——為參加AVC的第i臺(tái)機(jī)組的當(dāng)前有功實(shí)發(fā)值;

QiAVC——為分配到第i臺(tái)參加AVC機(jī)組的無功。

2.2.3 AVC控制方式

2.2.3.1 AVC控制權(quán)切換方式

紫坪鋪電廠AVC控制權(quán)分別為：調(diào)度控制、現(xiàn)場中控室控制和成都遠(yuǎn)控中心控制。以上三種控制權(quán)限互相閉鎖，相應(yīng)的出線電壓設(shè)定值分別為：調(diào)度設(shè)定值、當(dāng)?shù)卦O(shè)定值和成都遠(yuǎn)控中心設(shè)定值。

2.2.3.2 AVC“開環(huán)”及“閉環(huán)”控制切換方式

紫坪鋪電廠AVC控制分為“開環(huán)”及“閉環(huán)”兩種方式。

AVC控制方式為“開環(huán)”時(shí)，全廠的AVC程序運(yùn)行在負(fù)荷指導(dǎo)方式，AVC程序計(jì)算出的負(fù)荷值僅在監(jiān)控畫面中予以顯示，不會(huì)進(jìn)行實(shí)際調(diào)節(jié)。

AVC控制方式為“閉環(huán)”時(shí)，全廠的AVC程序運(yùn)行在實(shí)際控制方式，AVC程序計(jì)算出的各機(jī)組無功分配值將下發(fā)至機(jī)組LCU，由機(jī)組LCU向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出增磁或減磁信號(hào)，最終由機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)完成無功調(diào)節(jié)。

2.2.3.3 AVC功能投退開關(guān)

紫坪鋪電廠設(shè)置的AVC功能投退開關(guān)有：全廠AVC功能投退開關(guān)和機(jī)組AVC功能投退開關(guān)。如無機(jī)組投入AVC，則全廠AVC功能投入無效；如全廠AVC未投入，則單機(jī)AVC功能投入無效。

3 故障類型分析

3.1 采集精度

紫坪鋪電廠為一回500kV出線，AVC投入后省調(diào)要求出線電壓精度應(yīng)達(dá)到±0.5kV以內(nèi)，而電廠監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)顯示的電壓變化幅度在±1.2kV，不能滿足省調(diào)AVC要求。

紫坪鋪電廠出線電壓采集使用的是斯威特PM130E型電功率表，通過RS485與現(xiàn)地LCU的SJ30通訊模件進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，SJ30通訊模件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)換算處理后，上送給上位機(jī)進(jìn)行二次數(shù)據(jù)換算，換算遵循公式Y(jié)=aX(Y：電壓；a：換算系數(shù)；X：碼值)。經(jīng)對(duì)PLC程序在線觀察，發(fā)現(xiàn)上送碼值為整型(430左右)，系數(shù)為1.218，因此，若碼值變化1，則電壓變化1.2kV左右，此情況與上位機(jī)顯示的電壓變化幅度相符，加之?dāng)?shù)據(jù)采集處理過程過于繁瑣，兩次數(shù)據(jù)換算，使上位機(jī)最終采集的電壓數(shù)據(jù)精度損失過大。

根據(jù)上述情況，將換算系數(shù)a由1.218修改為0.125，碼值X范圍由0-450修改為0-4400，并現(xiàn)采取將SJ30通訊模件采集數(shù)據(jù)一次上送，僅由上位機(jī)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理。

以上措施大大提高了出線電壓的采集精度，滿足了省調(diào)要求。

3.2 參數(shù)的合理設(shè)定

2009年10月以來，AVC系統(tǒng)閉環(huán)試運(yùn)行。數(shù)次出現(xiàn)機(jī)組視在功率(S)耦合校驗(yàn)失敗退單機(jī)AVC。經(jīng)查詢歷史曲線發(fā)現(xiàn)，因功率變送器與交采裝置采集量采集原理不同，交采裝置(通訊量)數(shù)據(jù)采集時(shí)間會(huì)滯后于功率變送器(模擬量)數(shù)據(jù)采集時(shí)間。因此將有可能造成同一時(shí)標(biāo)下S1與S2相差過大，機(jī)組強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作時(shí)，此現(xiàn)象更加明顯。在保證AVC投運(yùn)率及該閉鎖措施不失效的前提下，只有適當(dāng)增加視在功率比較值。

3.3 增加實(shí)用閉鎖措施

2009年11月6日，1號(hào)機(jī)組LCU柜停電檢修，全廠AVC退出。

根據(jù)最初省調(diào)對(duì)AVC閉鎖條件的設(shè)定，“機(jī)組LCU故障(雙CCU故障)”、“機(jī)組LCU通訊故障”、“機(jī)組無功功率測量故障”以及“機(jī)組有功功率測量故障”均作為退出全廠AVC功能的閉鎖條件。如此以來，大大的妨礙了日常檢修工作的開展。如單臺(tái)機(jī)組檢修、更換單臺(tái)機(jī)組功率變送器等，勢必將影響到正常發(fā)電機(jī)組AVC功能的投入。

經(jīng)與廠家技術(shù)人員協(xié)商，在紫坪鋪電廠上位機(jī)單元監(jiān)視圖中設(shè)置了“檢修投入/退出”按鈕，并對(duì)部分AGVC腳本程序進(jìn)行相應(yīng)修改，以優(yōu)化紫坪鋪電廠AVC功能。

當(dāng)機(jī)組需要檢修且機(jī)組在停機(jī)時(shí)，可由運(yùn)行人員對(duì)該按鈕進(jìn)行操作，對(duì)檢修機(jī)組加以閉鎖，即當(dāng)機(jī)組為檢修標(biāo)記時(shí)不再判斷該機(jī)組LCU狀態(tài)，以保證其他機(jī)組AVC功能的正常投入。

4 結(jié) 語

一個(gè)手動(dòng)調(diào)壓正常的電廠，在AVC功能投運(yùn)后，勢必會(huì)出現(xiàn)諸多問題，這些問題涉及硬件、軟件、運(yùn)行方式等等。一些以往被忽視問題將會(huì)重新引起重視，一些以往使用正常的設(shè)備將會(huì)暴露出新的問題。本文從維護(hù)角度對(duì)紫坪鋪電廠AVC功能進(jìn)行了簡要介紹，對(duì)投入試運(yùn)行后所碰到的一些典型問題加以說明，希望對(duì)已經(jīng)投運(yùn)AVC功能，或即將投入AVC功能的其他兄弟電廠有所幫助。

2009年1月14日，國家電力監(jiān)管委員會(huì)華中監(jiān)管局下發(fā)了《華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則(試行)》及《華中區(qū)域并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則(試行)》(以下簡稱《兩個(gè)細(xì)則》)，《兩個(gè)細(xì)則》將自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)正式納入對(duì)發(fā)電企業(yè)的考核范圍。相信不久以后，自動(dòng)電壓控制(AVC)也必將成為電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的主要手段。

參考文獻(xiàn)：

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