安江水電廠機(jī)組功率振蕩原因分析

林義林　章勇

【摘 要】電力系統(tǒng)發(fā)展初期系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單松散其靜態(tài)穩(wěn)定問題通常表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的非周期失步隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大出現(xiàn)了大型電力系統(tǒng)的互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)系因此變得越來越緊密，整個(gè)電力系統(tǒng)也變得越來越復(fù)雜。系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定問題由此常表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)組之間的功率動(dòng)態(tài)振蕩特別是在互聯(lián)系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線上這種振蕩的表現(xiàn)更為突出。電力系統(tǒng)次同步諧振是指包含串補(bǔ)電容的電網(wǎng)系統(tǒng)和水輪發(fā)電機(jī)軸系系統(tǒng)，通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子氣隙中電氣轉(zhuǎn)矩的相互作用而形成的整個(gè)機(jī)網(wǎng)諧振的行為，輕則引起機(jī)組軸系疲勞損傷，重則可造成系統(tǒng)失穩(wěn)。

【關(guān)鍵詞】安江水電廠；機(jī)組功率振蕩；原因分析

一、運(yùn)行方式

安江水電站四臺(tái)35MW水輪發(fā)電機(jī)，兩臺(tái)主變，采用擴(kuò)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(lián)運(yùn)行；2015年10月11日晚班，我廠上游水位164.85m，弧門全關(guān)。#2機(jī)組負(fù)荷33.6MW、#3機(jī)組負(fù)荷33.6MW、#4機(jī)組負(fù)荷30.8MW， #1機(jī)組檢修。110KV水安線負(fù)荷為零、水大線負(fù)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(jīng)過及處理過程

10月11日19：26左右，上位機(jī)監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)#2、#3、#4機(jī)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(jī)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(yùn)行聲音加大，但#2、#3、#4調(diào)速器運(yùn)行正常，導(dǎo)葉開度無變化，機(jī)頻與網(wǎng)頻穩(wěn)定，將此情況匯報(bào)運(yùn)行部主管卿政權(quán)，維護(hù)部主管林義林、黃總及程總。上位機(jī)反復(fù)報(bào)：“#2、#3、#4發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)、強(qiáng)勵(lì)復(fù)歸、欠勵(lì)限制、欠勵(lì)限制復(fù)歸”，“#2主變高后備保護(hù)啟動(dòng)”，隨即詢問調(diào)度對(duì)側(cè)系統(tǒng)電壓變化是否過大，調(diào)度告知：系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，無任何異常，檢查電廠機(jī)組運(yùn)行情況。現(xiàn)地將#2、#3、#4機(jī)組分別將負(fù)荷減至30MW后，電壓仍然跳變。現(xiàn)場增加機(jī)組勵(lì)磁電流，擺脫諧振點(diǎn)，穩(wěn)定機(jī)端電壓。隨即點(diǎn)擊#2、#3、#4機(jī)組監(jiān)控P/Q調(diào)節(jié)畫面無功功率“投入“，無功功率設(shè)為4MVar，5秒后，監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)無功功率自動(dòng)退出，無法調(diào)節(jié)無功功率，即勵(lì)磁電流。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，要求將#3機(jī)組減負(fù)荷至20MW后，#2、#3、#4機(jī)組電壓、無功及系統(tǒng)電壓無跳變，恢復(fù)正常；確定是諧振引起的機(jī)組電壓、有功、無功大幅度波動(dòng)。線路保護(hù)未動(dòng)作，#2主變后備保護(hù)動(dòng)作發(fā)信正常，#2、#3、#4機(jī)組保護(hù)裝置未發(fā)生誤動(dòng)現(xiàn)象。

2015年10月11日19時(shí)23分，3號(hào)機(jī)組帶34MW負(fù)荷，導(dǎo)葉開度為88.7%，槳葉開度為88.7%運(yùn)行時(shí)，有功功率出現(xiàn)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(shí)24分，4號(hào)機(jī)組帶31MW負(fù)荷，導(dǎo)葉開度為85.4%，槳葉開度為79.2%運(yùn)行時(shí)，有功功率出現(xiàn)較大振蕩，其中有功功率最大值為45MW，最小值為11MW。各臺(tái)機(jī)組在功率振蕩期間導(dǎo)槳葉開度基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)調(diào)速器、導(dǎo)葉接力器、槳葉接力器的反復(fù)調(diào)節(jié)現(xiàn)象。2015年10月11日19時(shí)26分，2號(hào)機(jī)組帶 33MW負(fù)荷，導(dǎo)葉開度為89%，槳葉開度為89%運(yùn)行時(shí)，有功功率出現(xiàn)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(jī)組在功率振蕩過程中，各臺(tái)機(jī)組導(dǎo)槳葉開度均基本穩(wěn)定，因此可以排除是由于調(diào)速器的影響造成的水輪機(jī)的有功功率振蕩。

查看監(jiān)控系統(tǒng)歷史曲線，機(jī)組發(fā)生振蕩前后勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出電壓、輸出電流值均隨之呈現(xiàn)周期波動(dòng)如圖4所示，初步懷疑造成功率出現(xiàn)大幅度振蕩的直接原因應(yīng)是勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)失穩(wěn)，同時(shí)機(jī)組未投入PSS造成機(jī)組穩(wěn)定性較差也是造成功率振蕩的主要原因之一。

注意到在發(fā)生振蕩前3臺(tái)機(jī)組有功功率均存在一定的周期波動(dòng)，如圖4所示。其中2號(hào)機(jī)組有功功率波動(dòng)最大幅值在1.4MW左右，3號(hào)機(jī)組有功功率波動(dòng)最大幅值在2MW左右，4號(hào)機(jī)組有功功率波動(dòng)最大幅值1.45MW左右，功率波動(dòng)過程中導(dǎo)槳葉開度均保持穩(wěn)定。初步懷疑功率的周期波動(dòng)可能與流道內(nèi)水壓的周期脈動(dòng)有關(guān)，但是在監(jiān)控系統(tǒng)中調(diào)取了各機(jī)組各壓力脈動(dòng)測點(diǎn)曲線，發(fā)現(xiàn)各測點(diǎn)壓力波動(dòng)幅值較小（大部分測點(diǎn)在0.01MPa以內(nèi)），且波動(dòng)周期與有功功率波動(dòng)周期無明顯的相關(guān)性。

四、試驗(yàn)結(jié)果

2015年10月17日開展了安江水電廠#3機(jī)組一次調(diào)頻及調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)建模試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中基本正常。一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，監(jiān)控系統(tǒng)閉環(huán)功率調(diào)節(jié)試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。試驗(yàn)過程中機(jī)組有功功率基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)較大的振蕩現(xiàn)象，調(diào)速器響應(yīng)速度較快，調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性能較好。

試驗(yàn)中主要發(fā)現(xiàn)的問題有：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)在功率閉環(huán)調(diào)節(jié)過程中功率反調(diào)偏大，如圖10所示，34.333MW向31.217MW調(diào)節(jié)過程中，功率反調(diào)最大值達(dá)到了37MW，主要原因可能與低水頭水輪機(jī)引水系統(tǒng)TW值偏大、監(jiān)控系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)參數(shù)有關(guān)，建議進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)節(jié)參數(shù)，確保調(diào)節(jié)品質(zhì)。

（2）試驗(yàn)過程中在35MW工況下發(fā)現(xiàn)了功率存在一定的較小的周期波動(dòng)，其中波動(dòng)的最小幅值為34.390MW ，最大值為 33.880MW功率波動(dòng)幅值范圍為0.51MW，由于幅值較小應(yīng)該對(duì)機(jī)組不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，同時(shí)試驗(yàn)中對(duì)尾水管進(jìn)口壓力和導(dǎo)葉前壓力測點(diǎn)進(jìn)行了監(jiān)測，各測點(diǎn)壓力脈動(dòng)值均較小，未出現(xiàn)明顯的周期波動(dòng)

五、可能存在問題

（1）機(jī)組出現(xiàn)功率振蕩過程中水輪機(jī)導(dǎo)槳葉開度均保持穩(wěn)定，因此可排除由于調(diào)速器的原因?qū)е碌乃啓C(jī)出力振蕩。

（2）建議進(jìn)一步分析勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)可能存在的主要影響因素，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，機(jī)組運(yùn)行時(shí)可考慮投入PSS，以增加勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）機(jī)組在功率振蕩前出現(xiàn)了有功功率的小幅周期波動(dòng)，試驗(yàn)過程中也發(fā)現(xiàn)了機(jī)組有功功率也存在一定的小幅周期波動(dòng)，該波動(dòng)可能與流道內(nèi)的水力波動(dòng)有關(guān)，建議對(duì)水輪機(jī)各測壓管的位置進(jìn)行確認(rèn)，做好標(biāo)記，檢查測壓管是否存在堵塞，必要時(shí)進(jìn)行疏通，以全面可靠的監(jiān)測機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）機(jī)組在監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)中存在明顯的功率反調(diào)，這與水流的Tw值偏大及監(jiān)控系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)模式及參數(shù)設(shè)定有關(guān)，建議進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)節(jié)參數(shù)，可考慮采用分段調(diào)節(jié)的方法來改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。

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