水輪發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)機(jī)械死區(qū)的分析與研究

先 嘉， 王 謙， 楊 其 忠

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

水輪發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)機(jī)械死區(qū)的分析與研究

先 嘉， 王 謙， 楊 其 忠

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須具備一次調(diào)頻死區(qū)，其是機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速附近對轉(zhuǎn)速差或頻率差的不靈敏區(qū)。當(dāng)轉(zhuǎn)速差或頻率差超過該死區(qū)時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)作出相應(yīng)的調(diào)整。介紹了對某電站現(xiàn)場進(jìn)行一次調(diào)頻性能考核試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)機(jī)組在模擬網(wǎng)頻變化超過調(diào)節(jié)系統(tǒng)人工死區(qū)時(shí)機(jī)組實(shí)際有功功率呈現(xiàn)出隨機(jī)響應(yīng)的情況進(jìn)行的研究和處理過程。

水輪發(fā)電機(jī)組；一次調(diào)頻死區(qū)；機(jī)械死區(qū)；有功功率；隨機(jī)響應(yīng)；研究處理

1 概 述

水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須具備一次調(diào)頻死區(qū)，它是指一次調(diào)頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速附近對轉(zhuǎn)速差或頻率差的不靈敏區(qū)，當(dāng)轉(zhuǎn)速差或頻率差超過該死區(qū)時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)作出相應(yīng)的調(diào)整以保證電網(wǎng)及發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，并充分發(fā)揮發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻能力，使并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組隨時(shí)適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷和頻率的變化，以提高電能質(zhì)量及電網(wǎng)頻率的控制水平。

水輪發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻性能考核試驗(yàn)是通過對水電廠機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)以檢驗(yàn)機(jī)組一次調(diào)頻功能，在確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，測試并確定機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行參數(shù)以滿足一次調(diào)頻性能要求。筆者介紹了在某水電站現(xiàn)場進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組的隨機(jī)響應(yīng)行為，并對此進(jìn)行了分析研究。

2 試驗(yàn)過程

受業(yè)主方委托，筆者進(jìn)場對某水電站發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了調(diào)速器一次調(diào)頻性能考核試驗(yàn)。該機(jī)組額定功率為10 MW，已投運(yùn)2 a。試驗(yàn)時(shí)，筆者將同一模擬網(wǎng)頻變化的信號多次送入調(diào)速器PT端口后，導(dǎo)葉開度電信號輸出響應(yīng)明顯，但試驗(yàn)要求考核的有功功率響應(yīng)則表現(xiàn)為多種不確定的隨機(jī)結(jié)果，歸納之后為三種模式：有功功率跟隨響應(yīng)、有功功率不跟隨響應(yīng)、有功功率輕微響應(yīng)。

這種不確定的試驗(yàn)結(jié)果不能滿足一次調(diào)頻性能試驗(yàn)要求。如何給該電站一個(gè)合理的解釋存在極大的困難。鑒于此，筆者在現(xiàn)場進(jìn)行了大量的反復(fù)試驗(yàn)，并主觀改變各種試驗(yàn)條件，然后將這些試驗(yàn)結(jié)果分組對比進(jìn)行相關(guān)分析和趨勢分析，使其原始表象逐漸浮現(xiàn)出來。

3 分析與研究過程

筆者首先將輸入的模擬網(wǎng)頻逐步降低，待機(jī)組的實(shí)際有功功率開始完全響應(yīng)后，將試驗(yàn)置于一個(gè)新的起點(diǎn)，然后將模擬網(wǎng)頻反方向升高0.25 Hz,試驗(yàn)結(jié)果為導(dǎo)葉開度正常響應(yīng)，而有功功率完全沒有響應(yīng)。在不改變現(xiàn)狀的條件下，繼續(xù)升高模擬網(wǎng)頻0.25 Hz，試驗(yàn)結(jié)果為導(dǎo)葉開度和有功功率均正常響應(yīng)。降低模擬網(wǎng)頻的試驗(yàn)結(jié)果除方向相反外，其規(guī)律是一致的。試驗(yàn)表明：只有連續(xù)兩次及以上向同方向改變較大模擬網(wǎng)頻達(dá)到一個(gè)闕值時(shí)，才能使有功功率發(fā)生跟隨響應(yīng)。

正常情況下，機(jī)械調(diào)速機(jī)構(gòu)在接到調(diào)節(jié)指令后，力的傳遞從接力器開始，通過各機(jī)械聯(lián)接及傳動部件后抵達(dá)控制流量的機(jī)械終端，如導(dǎo)葉開度、噴針行程等，當(dāng)該過程中的所有機(jī)械間隙符合設(shè)計(jì)要求，則調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)既能保證調(diào)節(jié)中可靠的運(yùn)動性且不會產(chǎn)生松動。一旦這些環(huán)節(jié)產(chǎn)生松動間隙，調(diào)速器在模擬網(wǎng)頻變化的調(diào)節(jié)過程中其力的傳遞將不能充分跟隨響應(yīng)，最終導(dǎo)致機(jī)械流量控制終端不能或不完全實(shí)現(xiàn)目標(biāo)控制，從而表現(xiàn)為有功功率不響應(yīng)或不完全響應(yīng)。

根據(jù)對試驗(yàn)情況進(jìn)行的分析與研究以及現(xiàn)場對調(diào)速器系統(tǒng)的觀察，筆者初步確定是調(diào)節(jié)系統(tǒng)在改變當(dāng)前有功功率的過程中，因調(diào)速器機(jī)械系統(tǒng)聯(lián)接及傳動部件間存在擴(kuò)大化間隙，使有功功率調(diào)節(jié)時(shí)在力的傳遞過程中必須首先克服這類間隙后才能真正實(shí)施調(diào)節(jié)，這類引起有功調(diào)節(jié)不能同步于調(diào)節(jié)指令的間隙即為機(jī)械死區(qū)。筆者在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)并提出機(jī)械死區(qū)對一次調(diào)頻試驗(yàn)影響的觀點(diǎn)曾引起各方面較多的質(zhì)疑，但隨著一次調(diào)頻試驗(yàn)的深入開展，機(jī)械死區(qū)影響試驗(yàn)結(jié)果這一客觀存在的現(xiàn)象已逐漸被業(yè)主、電站技術(shù)人員及調(diào)速器制造商所認(rèn)同。

4 處理意見與取得的結(jié)果

筆者在歸納總結(jié)了上述試驗(yàn)分析研究和觀察結(jié)果后，與業(yè)主、電站技術(shù)人員以及調(diào)速器廠家的技術(shù)人員討論協(xié)商后確定試驗(yàn)中有功功率隨機(jī)響應(yīng)產(chǎn)生的原因?yàn)椋?/p>

(1)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在力傳遞過程中各聯(lián)接及傳動部件磨損過度。

(2)在機(jī)組調(diào)試過程中或關(guān)機(jī)后存在誤操作，導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)各聯(lián)接及傳動部件在鎖定投入狀態(tài)中動作而增大了機(jī)械間隙。

(3)在機(jī)械加工過程中公差配合間隙超出合理范圍。

考慮到針對以上原因?qū)嵤┨幚砗臅r(shí)耗力，筆者提出了檢查并修復(fù)或更換一些容易處理的聯(lián)接及傳動部件后再次進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)的措施并予以實(shí)施，最終成功消除了一部分機(jī)械死區(qū)。但就目前情況而言，要盡量消除該機(jī)械死區(qū)只能留待機(jī)組大修時(shí)徹底檢查和更換調(diào)節(jié)系統(tǒng)各聯(lián)接及傳動部件才有可能徹底、有效地予以解決。

5 結(jié) 語

此次在某水電站遭遇到的機(jī)械死區(qū)問題不僅僅是個(gè)例。根據(jù)筆者及筆者其他同事從事大量現(xiàn)場試驗(yàn)情況的匯總得知，調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)機(jī)械死區(qū)的機(jī)組主要發(fā)生在老舊機(jī)組及小型機(jī)組中，大型及新投運(yùn)機(jī)組則只發(fā)生過一例。因此，筆者認(rèn)為：老舊機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生上述故障的原因是在力傳遞過程中各聯(lián)接及傳動部件磨損過度以及在調(diào)節(jié)系統(tǒng)鎖定投入時(shí)人為誤操作造成的。小型機(jī)組可能是在機(jī)械加工過程中公差配合間隙超出合理范圍引起故障的產(chǎn)生。因此，對存在機(jī)械死區(qū)問題的水電站必須重視檢修工作，努力消除產(chǎn)生機(jī)械死區(qū)的原因，使機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)滿足電網(wǎng)要求。同時(shí)，機(jī)械死區(qū)是否是影響機(jī)組有功功率跟隨響應(yīng)的唯一原因尚待有機(jī)械死區(qū)存在的水電站進(jìn)行機(jī)組大修并處理該問題后實(shí)施進(jìn)一步的試驗(yàn)加以證實(shí)。

先 嘉(1982- )，男，四川犍為人，工程師，從事水電站機(jī)組調(diào)試試驗(yàn)工作；

王 謙(1985- )，男，重慶豐都人，工程師，從事水電站機(jī)組調(diào)試試驗(yàn)工作；

楊其忠(1948- )，男，四川成都人，高級工程師，原從事水電站機(jī)組調(diào)試試驗(yàn)工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017- 01- 10

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