水輪發電機組發電態判據優化探討

劉云瀑 李建民

（國家電投五凌電力有限公司發電集控中心，湖南長沙410004）

0 引言

五凌電力發電集控中心成立于2010年3月，2010年11月第一個電廠接入集控，2014年12月公司所屬12個常規水電廠全部實行遠程集控，受控機組達54臺，受控容量466萬千瓦，是國內實際控制電廠個數和機組臺數最多的遠程集控中心。集控電廠并網運行機組負荷的快速調整是電網安全穩定運行的重要保證，但各電廠機組發電態判據設置時沒有統一的標準，導致部分發電廠機組發電態判據設置不合理，已多次出現機組在并網運行時發電態條件不滿足而導致負荷無法調整的問題，影響了電廠及電網系統的安全運行。

1 并網水輪發電機組發電態判據不滿足異常事件

以下列舉五凌集控所屬各水電廠近年來出現的因機組發電態判據部分條件不滿足，引起機組發電態復歸而導致的機組無法調整負荷等異常事件。

（1）2015年4月8日，集控遠程開托口電廠#4機過程中，機組并網正常，但監控畫面顯示機組為過渡態，未到達發電態，集控遠程及現場增減負荷無效。

（2）2016年8月27日，托口電廠#2機并網后，因導葉空載位置信號未動作，負荷維持5 MW，機組無法到達發電態，負荷無法調整。

（3）2016年10月7日，白市電廠#2機并網1 s后，機組導葉空載以上信號復歸、導致發電態復歸，集控遠程及現場增減負荷無效。

（4）2017年2月20日，株溪口電廠#4機運行過程中，因機組轉速＞95%Ne信號繼電器及底座故障，導致#4機機組轉速＞95%Ne信號復歸，機組狀態變為不定態。

（5）2017年5月31日，三板溪電廠開#2機并網后，因發電機初始有功在2 MW左右波動，#2機在發電態和不定態之間切換，#2機無功功率和有功功率無法調整。

（6）2017年6月27日，三板溪電廠#2機運行過程中，AGC自動調節#2機負荷至0 MW，#2機在發電態與不定態間頻繁變化，集控無法調整#2機負荷（發電態復歸）。

（7）2017年8月20日，托口電廠#5機在運行狀態下，因機組轉速測量板被強電干擾，誤報機組轉速＜60%Ne信號動作，導致#5機發電態退出。

2 五凌集控所屬各水電廠發電態判據現狀

（1）三板溪電廠：GCB合、TCB合、導葉全關復歸、有功功率＞2 MW、FMK合；

（2）白市電廠：GCB合、TCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉速＞95%Ne、導葉空載以上位置、FMK合；

（3）托口大廠：GCB合、TCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉速＞90%Ne、導葉空載位置、FMK合；

（4）托口小廠：GCB合、TCB合、機組轉速＞90%Ne、導葉空載位置、FMK合；

（5）五強溪電廠：GCB合、TCB合、機組轉速＞95%Ne、勵磁系統運行；

（6）碗米坡電廠：GCB合、TCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉速＞95%Ne、導葉全關復歸、FMK合；

（7）掛治電廠：GCB合、TCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉速＞95%Ne、FMK合；

（8）洪江電廠：GCB合、TCB合、機組轉速＞95%Ne、FMK合、勵磁系統運行；

（9）東坪電廠：GCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉速＞95%Ne；

（10）株溪口電廠：GCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉速＞95%Ne；

（11）近尾洲電廠：GCB合、機端電壓＞90%Ue、機組轉速＞95%Ne、勵磁系統運行；

（12）凌津灘電廠：GCB合、TCB合、FMK合、風閘退出、導葉鎖錠拔出；

（13）馬跡塘電廠：GCB合、機組轉速＞95%Ne、導葉全關復歸、勵磁系統運行、軸承油泵氣泵投入、軸承油閥打開、軸承冷卻水閥打開。

3 機組發電態各判據分析

絕大多數電廠的發電態判據主要分為四類：第一類為開關類判據，主要包括GCB合閘、TCB合閘；第二類為功率及勵磁系統相關判據，主要包括機端電壓＞80%Ue、FMK合閘、勵磁系統運行、機組有功功率；第三類為機械位置反饋和轉速類判據，包括導葉位置、風閘、導葉鎖錠拔出、轉速＞95%Ne；第四類為主要輔機設備狀態類判據，包括軸承油泵氣泵投入、軸承油閥打開、軸承冷卻水閥打開等。

3.1 第一類：開關類判據

（1）GCB合（發電機出口開關合閘）：該判據為機組發電的最基本條件，建議保留。

（2）TCB合（主變高壓側開關合閘）：該判據為機組發電的最基本條件，雖然部分與系統連接相對薄弱的電廠，在系統有沖擊或惡劣天氣時，易發生線路跳閘和母線失壓故障，機組常有帶廠用電孤網運行的情況，但機組在孤網運行的時候調速器控制模式均為頻率控制，機組狀態不管是空載態還是發電態，都對其帶廠用電孤網運行沒有影響，建議保留。

3.2 第二類：功率及勵磁系統相關判據

（1）機端電壓＞80%Ue（或＞90%Ue）：機端電壓是勵磁系統投運后機組是否建壓正常的標志，是機組發電態的基本條件，建議保留。

（2）勵磁系統運行和FMK合閘：建議監控系統數據庫有機端電壓＞80%Ue（或＞90%Ue）狀態點的電廠，將機端電壓作為發電態判據；監控系統數據庫中未設機端電壓狀態點的電廠，可以用勵磁系統運行作為判據。而FMK合閘作為勵磁系統投運的一個條件，且機組均設置有失磁保護的情況下，建議剔除。

（3）機組有功功率：將有功功率大于某一數值列為發電態判據明顯不合理，且已出現異常影響，建議剔除。

3.3 第三類：機械位置反饋和轉速類判據

（1）轉速＞95%Ne（或＞90%Ne）：該判據可以判斷機組轉速是否滿足同期至發電態要求，所屬集控電廠出現的幾次機組轉速信號異常均是由于干擾引起轉速信號跳變，或信號繼電器及底座故障，故障率不高，但該判據一般是開機過程中機組轉速接近額定轉速時投入勵磁或投入同期的判據，對機組并網之后的狀態無直接影響，建議剔除。

（2）導葉位置：五凌集控所屬集控電廠個數較多，各電廠區別較大，有機組運行水頭高達150多米的混流式機組，也有運行水頭不足10 m的低水頭燈泡貫流式機組。

部分電廠運行水頭變化較大，導致其導葉空載開度變化較大，且存在如下問題：在水頭較低時確定的空載開度，在水頭升高后，可能需要機組帶一定的負荷才能達到；同樣，在水頭較高時確定的空載開度，在水頭降低后，可能機組還未達到額定轉速，導葉開度就已經達到。導葉全關位置復歸信號不存在該問題，不過在已有機組轉速作為發電態判據且機組設置有逆功率保護的前提下，導葉開度判據已不是機組發電的必要條件。

建議：設有逆功率保護的機組將導葉開度判據從機組發電態判據中剔除；未設置逆功率保護的機組將導葉全關位置復歸信號作為發電態判據。

（3）風閘退出、導葉鎖錠拔出：正常情況下風閘和液壓鎖錠投入都是作為機組停機態判據的，而風閘退出和導葉鎖錠拔出信號都是機組開機流程中的步驟，在調速器啟動前就要退出，跟機組發電態沒有直接聯系，建議剔除。

3.4 第四類：主要輔機設備狀態類判據

軸承油泵氣泵投入、軸承油閥打開、軸承冷卻水閥打開：軸承油泵氣泵投入、軸承油閥打開、軸承冷卻水閥打開這幾個信號也都是機組開機流程中的步驟，是在調速器啟動、機組轉動前就要執行的流程，跟機組發電態沒有直接聯系，建議剔除。

4 優化后集控電廠機組發電態判據條件

綜上所述，保留以下各條件作為機組發電態判據：

（1）GCB合（發電機出口開關合閘）；

（2）TCB合（主變高壓側開關合閘）；

（3）機端電壓＞80%Ue（或＞90%Ue）/勵磁系統運行；

（4）導葉全關位置復歸（未設置逆功率保護的機組）。

即除了GCB合（發電機出口開關合閘）、TCB合（主變高壓側開關合閘）兩個條件作為機組發電態的基本判據外，機端電壓/勵磁系統運行判據按各個電廠實際選擇，監控系統中設置有勵磁系統運行狀態點的可以采用勵磁系統運行作為判據，監控系統中沒有設置該點的可以選擇機端電壓為判據條件；導葉全關位置復歸判據根據機組是否設置有逆功率保護進行選擇，未設置逆功率保護的機組將導葉全關位置復歸信號作為發電態判據。對五凌集控所屬電廠來說，立式機組將導葉全關位置復歸作為發電態判據（碗米坡#1機除外，#1機有逆功率保護），燈泡貫流式機組可以不考慮該判據。

5 該發電態判據優點

各個判據均是機組并網、發電態的必要條件；在已有判據已經能夠作為發電態判據的情況下，剔除該判據的前提條件，如在機端電壓＞80%Ue（或＞90%Ue）/勵磁系統運行的情況下，可以剔除FMK合閘條件；剔除了開機流程中與機組發電態無直接聯系的判據；采用導葉全關位置復歸作為發電態的一個判據，剔除了故障率較高的導葉空載、導葉空載以上位置判據。

6 結語

總之，該機組發電態判據，既簡化了機組發電態的判據條件，又降低了機組發電態受一般故障影響的概率；而且通用性強，不論是混流式機組，還是燈泡貫流式機組，或者是軸流轉槳式水輪發電機組，其發電態均可參考該判據設置。

[1]水電廠計算機監控系統運行及維護規程：DL/T 1009—2016[S].

[2]水力發電廠計算機監控系統設計規范：DL/T 5065—2009[S].

[3]水電廠計算機監控系統基本技術條件：DL/T 578—2008[S].

[4]水電廠計算機監控系統試驗驗收規程：DL/T 822—2012[S].

[5]姚維達，王桂平，鄧小剛，等.H9000 V4.0計算機監控系統的技術特點與應用[C]//中國水力發電工程學會信息化專委會2008年學術交流會論文集，2008：7-11.