小型水電站自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓裝置研究

馬 越（國(guó)家電網(wǎng)甘孜供電公司,四川 甘孜 626000）

小型水電站自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓裝置研究

馬 越
（國(guó)家電網(wǎng)甘孜供電公司,四川 甘孜 626000）

這幾年，隨著我國(guó)電力緊缺，水能資源需求持續(xù)增大，愈來(lái)愈多的小型水電站在河流眾多、水能資源蘊(yùn)藏豐富的西南地區(qū)建設(shè)、運(yùn)行，將在國(guó)家電力系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位，并且還將負(fù)責(zé)一部分的動(dòng)態(tài)負(fù)荷。因此，對(duì)小型水電站進(jìn)行相關(guān)研究很有必要。本文主要研究小型水電站自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓裝置研究。

水能資源;傳統(tǒng)調(diào)壓;自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓

1 調(diào)頻調(diào)壓的需求變高

由于機(jī)組容量高增長(zhǎng)，調(diào)頻調(diào)壓的需求變高，對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)能力的要求也相應(yīng)更高。可眼下，西南地區(qū)小型水電站主要還是依靠傳統(tǒng)的調(diào)壓室。所謂傳統(tǒng)的調(diào)壓室就是“建筑在水電站壓力引水道與高壓管道相接處的一個(gè)能造成水擊波反射的平壓建筑物,其可防止水擊波傳播到壓力引水道中去,減少高壓管道中的水擊值,當(dāng)水電站負(fù)荷變化時(shí),可改善機(jī)組的運(yùn)行條件。”盡管它曾經(jīng)是整個(gè)系統(tǒng)中比較重要的一個(gè)建筑物，它的設(shè)置有利于保障發(fā)電機(jī)組穩(wěn)發(fā)滿(mǎn)發(fā)，穩(wěn)定運(yùn)行，可是，它同樣也存在著不少問(wèn)題，比如，修建難度較大、建造費(fèi)用高，且依賴(lài)直流操作電源系統(tǒng)等。以前，每個(gè)調(diào)壓室均有專(zhuān)職安全值班人員，能及時(shí)開(kāi)展直流輸電設(shè)備的檢修，所以能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)、處理出現(xiàn)的故障，確保水電站安全生產(chǎn)。現(xiàn)在，已相繼推行無(wú)人值守調(diào)壓室，那么，就需要對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)壓室進(jìn)行技術(shù)改造。故而，如何改造傳統(tǒng)調(diào)壓室的直流電源系統(tǒng)成為了西南地區(qū)小型水電站規(guī)劃中必須仔細(xì)分析研究的問(wèn)題。從現(xiàn)有研究成果來(lái)看，學(xué)者們對(duì)此進(jìn)行了多方面的分析，比如崔清溪先生于1993年在《江西水利科技》發(fā)表的《試論取消水電站調(diào)壓室的可行性與合理性》，王治中、王建林、趙毅力三位先生于2008年在《西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表的《水電站調(diào)壓室設(shè)置必要性判式的分析研究》，楊勇先生于2011年在《紅水河》發(fā)表的《水電站調(diào)壓室的穩(wěn)定性研究》，武漢大學(xué)鮑海艷的博士畢業(yè)論文《水電站調(diào)壓室的設(shè)置條件及運(yùn)行控制研究》，普遍認(rèn)為傳統(tǒng)調(diào)壓室的直流電源系統(tǒng)隨著科技的進(jìn)步，缺點(diǎn)將會(huì)越來(lái)越凸顯，可嘗試用性能優(yōu)越、造價(jià)低廉以及建造容易的新的自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓的裝置進(jìn)行改造。基于此，筆者將就西南地區(qū)小型水電站自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓的裝置問(wèn)題進(jìn)行探討，以期此裝置能夠在日后運(yùn)營(yíng)時(shí)便捷高能，自動(dòng)完成調(diào)頻調(diào)壓，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定和電源質(zhì)量。

2 系統(tǒng)維持電壓能力分析

（1）以往小型水電站直流電源系統(tǒng)中，合閘母線(xiàn)一般是240V，連接了斷路器的合閘線(xiàn)圈，合閘時(shí)由直流屏提供電源。控制母線(xiàn)一般是220V，連接控制、信號(hào)等，也是由直流屏提供電源。合閘母線(xiàn)工作時(shí)間短，會(huì)有瞬間較大電流，但沒(méi)有負(fù)荷電流。而控制母線(xiàn)工作時(shí)間較合閘母線(xiàn)長(zhǎng)，能夠供給持續(xù)電流，不會(huì)像合閘母線(xiàn)會(huì)有瞬時(shí)較大電流及電壓暫降過(guò)程，但對(duì)系統(tǒng)維持電壓能力的需求高，不似合閘母線(xiàn)對(duì)電壓的允許偏差大。當(dāng)供電系統(tǒng)裝置能源源不斷供電，并保證電源質(zhì)量時(shí)，電壓一般來(lái)說(shuō)會(huì)高出控制母線(xiàn)允許的波動(dòng)范圍。如要保證控制母線(xiàn)的運(yùn)行電壓控制在額定值，就需把合閘母線(xiàn)電壓降到設(shè)定值以下。筆者談到的自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓裝置就可以完成此功能。

（2）當(dāng)合閘母線(xiàn)通過(guò)硅鏈降壓（挑選硅鏈應(yīng)檢查額定電流還有電壓能力）至回路降壓，變?yōu)榭刂颇妇€(xiàn)時(shí)，正控制母線(xiàn)能夠自動(dòng)調(diào)壓采樣回路，根據(jù)采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一定的算法識(shí)別回路。假若正控制母線(xiàn)并不超過(guò)開(kāi)始定下的結(jié)點(diǎn)，就不會(huì)導(dǎo)通觸發(fā)電路，繼電器同樣不會(huì)工作，電路也就處于之前穩(wěn)定工作點(diǎn)，正控制母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)遵循原樣。假若正控制母線(xiàn)已經(jīng)越過(guò)了開(kāi)始定下的結(jié)點(diǎn)，回路就會(huì)產(chǎn)生提示信號(hào)，隨即導(dǎo)通觸發(fā)電路，觸發(fā)電路從輸入端接收到信號(hào)后產(chǎn)生脈沖信號(hào)，進(jìn)而使繼電器運(yùn)行。通過(guò)繼電器智能節(jié)點(diǎn)響應(yīng)或關(guān)斷，完成二極管為導(dǎo)通還是為斷開(kāi)正控制母線(xiàn)回路，進(jìn)一步達(dá)成正控制母線(xiàn)可以遵循規(guī)定值，也就可以達(dá)成自動(dòng)調(diào)試正控制母線(xiàn)電壓。

3 自動(dòng)調(diào)頻為反饋控制系統(tǒng)

（1）需要說(shuō)明的是，直流系統(tǒng)控制母線(xiàn)采用硅堆降壓時(shí)，必須采用開(kāi)路保護(hù)器。因?yàn)榻祲汗瓒汛蠖嗍菍?0-50個(gè)硅二極管串聯(lián)起來(lái)，長(zhǎng)久運(yùn)行的過(guò)程中，即便僅是其中一個(gè)硅二極管出現(xiàn)問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致控制母線(xiàn)出現(xiàn)故障，讓生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備在沒(méi)有任何防范措施的環(huán)境下生產(chǎn)，后果是非常可怕的。針對(duì)這一情況，一些調(diào)壓室設(shè)置保護(hù)回路以防范，不過(guò)，由于利用繼電器切換方法，耗時(shí)較久，難以滿(mǎn)足保護(hù)裝置對(duì)電源性能的基本要求，進(jìn)而引起保護(hù)和自動(dòng)裝置發(fā)出錯(cuò)誤的動(dòng)作指令。所以，設(shè)置一款快速、精密的開(kāi)路保護(hù)器是生產(chǎn)中不可或缺的。

（2）自動(dòng)調(diào)頻為反饋控制系統(tǒng),也就是輸出量對(duì)系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性有直接影響。自動(dòng)調(diào)頻系統(tǒng)則主要有負(fù)荷分配回路以及機(jī)組控制回路組成。第一種回路是根據(jù)區(qū)域控制誤差來(lái)推測(cè)負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率，并將此結(jié)果與機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率相加在一起，然后再以一定比例分配到各單位。第二種回路則按照已分配好的功率和有效功率的額差，依靠自動(dòng)調(diào)功調(diào)壓裝置給出信號(hào)，然后調(diào)節(jié)馬達(dá)，完成額定功率。其中，調(diào)速器參數(shù)設(shè)置是一個(gè)比較重要的步驟，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有著重要的影響。

（3）自動(dòng)調(diào)頻裝置還要考慮到西南地區(qū)小型水電站這一特殊環(huán)境。所以，到底能不能夠運(yùn)行這一裝置尚得參考水道中水流慣性的特征時(shí)間常數(shù)。此直接影響調(diào)節(jié)效果，假若耗時(shí)過(guò)久，負(fù)荷不平衡引起頻率波動(dòng)，而發(fā)電機(jī)反應(yīng)遲緩?fù)鶃?lái)不及調(diào)整。盡管第二輪波動(dòng)有偏差，但是出力依然遵循第一輪的波動(dòng)變化。所以當(dāng)遇到時(shí)間常數(shù)較大機(jī)組時(shí)，需改造它的調(diào)頻死區(qū)設(shè)置方法，才可以在系統(tǒng)頻率波動(dòng)時(shí)及時(shí)調(diào)整。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，小型水電站自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓裝置對(duì)穩(wěn)定、提高西南地區(qū)電能質(zhì)量，降低能源消耗有著十分重要的作用。眼下，西南地區(qū)小型水電站已著手進(jìn)行，因?yàn)樯婕凹夹g(shù)保密的問(wèn)題，此處暫不公開(kāi)該自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓裝置的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

[1]鮑海艷.水電站調(diào)壓室的設(shè)置條件及運(yùn)行控制研究[M].武漢大學(xué),2010.

[2]王治中,王建林,趙毅力.水電站調(diào)壓室設(shè)置必要性判式的分析研究[M],西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào),2008.