安江水電廠機組功率振蕩原因分析

林義林　章　勇/五凌電力有限公司

安江水電廠機組功率振蕩原因分析

林義林章勇/五凌電力有限公司

電力系統發展初期系統的結構相對簡單松散其靜態穩定問題通常表現為發電機與系統之間的非周期失步隨著電力系統的不斷擴大出現了大型電力系統的互聯系統聯系因此變得越來越緊密,整個電力系統也變得越來越復雜。系統的靜態穩定問題由此常表現為發電機組之間的功率動態振蕩特別是在互聯系統的聯絡線上這種振蕩的表現更為突出。電力系統次同步諧振是指包含串補電容的電網系統和水輪發電機軸系系統,通過發電機轉子氣隙中電氣轉矩的相互作用而形成的整個機網諧振的行為,輕則引起機組軸系疲勞損傷,重則可造成系統失穩。

安江水電廠；機組功率振蕩；原因分析

一、運行方式

安江水電站四臺35MW水輪發電機，兩臺主變，采用擴大單元接線方式，兩條110KV出線，110KV 母線Ⅰ段與110KV母線Ⅱ段并聯運行；2015年10月11日晚班，我廠上游水位164.85m，弧門全關。#2機組負荷33.6MW、#3機組負荷33.6MW、#4機組負荷30.8MW， #1機組檢修。110KV水安線負荷為零、水大線負荷為98MW。400V廠用電，Ⅰ段、Ⅱ段由#1廠變供，Ⅲ段由#2廠變供。

二、不安全事件經過及處理過程

10月11日19:26左右，上位機監盤發現#2、#3、#4機組無功功率、電壓分別跳變，從-2MW-8MW跳變又跳回2MW，有功隨著無功跳變，機組功率跟著跳變從33MW跳變至38MW，110KV水大線電壓由105KV跳變至116KV又跳回105KV，在此過程中，聽到#2主變運行聲音加大，但#2、#3、#4調速器運行正常，導葉開度無變化，機頻與網頻穩定，將此情況匯報運行部主管卿政權，維護部主管林義林、黃總及程總。上位機反復報：“#2、#3、#4發電機勵磁系統強勵、強勵復歸、欠勵限制、欠勵限制復歸”，“#2主變高后備保護啟動”，隨即詢問調度對側系統電壓變化是否過大，調度告知：系統電壓穩定，無任何異常，檢查電廠機組運行情況。現地將#2、#3、#4機組分別將負荷減至30MW后，電壓仍然跳變。現場增加機組勵磁電流，擺脫諧振點，穩定機端電壓。隨即點擊#2、#3、#4機組監控P/Q調節畫面無功功率“投入“，無功功率設為4MVar，5秒后，監盤發現無功功率自動退出，無法調節無功功率，即勵磁電流。

經現場檢查，要求將#3機組減負荷至20MW后，#2、#3、#4機組電壓、無功及系統電壓無跳變，恢復正常；確定是諧振引起的機組電壓、有功、無功大幅度波動。線路保護未動作，#2主變后備保護動作發信正常，#2、#3、#4機組保護裝置未發生誤動現象。

2015年10月11日19時23分，3號機組帶34MW負荷，導葉開度為88.7％，槳葉開度為88.7％運行時，有功功率出現較大振蕩，其中有功功率振蕩最大值為41MW，最小值為15MW。2015年10月11日19時24分，4號機組帶31MW負荷，導葉開度為85.4％，槳葉開度為79.2％運行時，有功功率出現較大振蕩，其中有功功率最大值為45MW，最小值為11MW。各臺機組在功率振蕩期間導槳葉開度基本穩定，未出現調速器、導葉接力器、槳葉接力器的反復調節現象。2015年10月11日19時26分，2號機組帶 33MW負荷，導葉開度為89％，槳葉開度為89％運行時，有功功率出現較大振蕩，其中有功功率振蕩最大值為45MW，最小值為17MW。

三、原因分析

機組在功率振蕩過程中，各臺機組導槳葉開度均基本穩定，因此可以排除是由于調速器的影響造成的水輪機的有功功率振蕩。

查看監控系統歷史曲線，機組發生振蕩前后勵磁調節器輸出電壓、輸出電流值均隨之呈現周期波動如圖4所示，初步懷疑造成功率出現大幅度振蕩的直接原因應是勵磁調節系統失穩，同時機組未投入PSS造成機組穩定性較差也是造成功率振蕩的主要原因之一。

注意到在發生振蕩前3臺機組有功功率均存在一定的周期波動，如圖4所示。其中2號機組有功功率波動最大幅值在1.4MW左右，3號機組有功功率波動最大幅值在2MW左右，4號機組有功功率波動最大幅值1.45MW左右，功率波動過程中導槳葉開度均保持穩定。初步懷疑功率的周期波動可能與流道內水壓的周期脈動有關，但是在監控系統中調取了各機組各壓力脈動測點曲線，發現各測點壓力波動幅值較小（大部分測點在0.01MPa以內），且波動周期與有功功率波動周期無明顯的相關性。

四、試驗結果

2015年10月17日開展了安江水電廠#3機組一次調頻及調節系統參數建模試驗，試驗過程中基本正常。一次調頻試驗結果如圖8所示，監控系統閉環功率調節試驗結果如圖9所示。試驗過程中機組有功功率基本穩定，未出現較大的振蕩現象，調速器響應速度較快，調節系統穩定性能較好。

試驗中主要發現的問題有：

（1）監控系統在功率閉環調節過程中功率反調偏大，如圖10所示，34.333MW向31.217MW調節過程中，功率反調最大值達到了37MW，主要原因可能與低水頭水輪機引水系統TW值偏大、監控系統功率調節參數有關，建議進一步優化調節參數，確保調節品質。

（2）試驗過程中在35MW工況下發現了功率存在一定的較小的周期波動，其中波動的最小幅值為34.390MW ，最大值為33.880MW功率波動幅值范圍為0.51MW，由于幅值較小應該對機組不會產生較大的影響，同時試驗中對尾水管進口壓力和導葉前壓力測點進行了監測，各測點壓力脈動值均較小，未出現明顯的周期波動

五、可能存在問題

（1）機組出現功率振蕩過程中水輪機導槳葉開度均保持穩定，因此可排除由于調速器的原因導致的水輪機出力振蕩。

（2）建議進一步分析勵磁調節系統可能存在的主要影響因素，根據試驗結果，機組運行時可考慮投入PSS，以增加勵磁調節系統的穩定性。

（3）機組在功率振蕩前出現了有功功率的小幅周期波動，試驗過程中也發現了機組有功功率也存在一定的小幅周期波動，該波動可能與流道內的水力波動有關，建議對水輪機各測壓管的位置進行確認，做好標記，檢查測壓管是否存在堵塞，必要時進行疏通，以全面可靠的監測機組的運行狀態。

（4）機組在監控系統功率閉環調節中存在明顯的功率反調，這與水流的Tw值偏大及監控系統功率調節模式及參數設定有關，建議進一步優化調節參數，可考慮采用分段調節的方法來改善調節品質。

[1]谷水清主編.電力系統繼電保護[M].北京：中國電力出版社2005.

[2]劉學軍. 繼電保護原理[M]. 北京：中國電力出版社，2007.