一起水電機(jī)組開機(jī)過(guò)程發(fā)V/F限制等信號(hào)的分析及處理

楊智南

(構(gòu)皮灘發(fā)電廠，貴州 湄潭 564408)

0 引言

某水電廠為我國(guó)在巖溶地區(qū)修建的第1座大型水電廠，裝有單機(jī)容量為250 MW的高水頭發(fā)電機(jī)組5臺(tái)，在電網(wǎng)中肩負(fù)著調(diào)峰、黔電送粵潮流調(diào)控主力發(fā)電廠的重任，其#5機(jī)組調(diào)速器為PSWT-150比例數(shù)字冗余式微機(jī)型調(diào)速器，勵(lì)磁系統(tǒng)由SAVR-2000雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器1套、FLZ可控硅整流柜3套、LB勵(lì)磁變壓器1臺(tái)、FMK滅磁開關(guān)1臺(tái)、FLR非線性滅磁電阻柜1套、交直流初勵(lì)裝置1套組成。本文針對(duì)#5機(jī)組開機(jī)過(guò)程中異常信號(hào)進(jìn)行分析，總結(jié)出開機(jī)順控流程中影響機(jī)組建壓并網(wǎng)的主要因素，提出解決方案，以提高水電機(jī)組并網(wǎng)成功率。

1 事件經(jīng)過(guò)

2015-10-04 T 18:12:12，機(jī)組開機(jī)后并網(wǎng)過(guò)程中監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)“轉(zhuǎn)速大于95%額定轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)歸”“勵(lì)磁調(diào)節(jié)器綜合限制動(dòng)作”“V/F限制動(dòng)作”“保護(hù)A,B套發(fā)電機(jī)過(guò)激磁(定時(shí)限)動(dòng)作”報(bào)警信號(hào)，幾秒后“勵(lì)磁調(diào)節(jié)器綜合限制動(dòng)作”“V/F限制動(dòng)作”信號(hào)復(fù)歸，#5機(jī)組自動(dòng)并網(wǎng)正常。

2 上位機(jī)監(jiān)控主要信號(hào)

上位機(jī)監(jiān)控主要信號(hào)見(jiàn)表1，表中：空轉(zhuǎn)狀態(tài)=轉(zhuǎn)速大于95%額定轉(zhuǎn)速(nr)+機(jī)端斷路器分閘+三相電壓小于5%額定電壓(Ur)；空載狀態(tài)=轉(zhuǎn)速大于95%nr+機(jī)端斷路器分閘+三相電壓大于90%Ur+導(dǎo)葉空載位置(導(dǎo)葉開度在8%～18%之間)；啟動(dòng)同期條件=發(fā)電令保持+空載狀態(tài)+同期未失敗+自準(zhǔn)同期方式+計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方+出口斷路器(GCB)分閘+主變中性點(diǎn)合閘+滅磁開關(guān)(FMK)合閘；空載位置=主令控制器檢測(cè)導(dǎo)葉開度大于8%，小于18%，輸出動(dòng)作接點(diǎn)，用于順控流程； 空載位置以上=主令控制器檢測(cè)導(dǎo)葉開度大于8%，輸出動(dòng)作接點(diǎn)，用于順控流程。

表1 上位機(jī)監(jiān)控主要信號(hào)(2015-10-04)

續(xù)表

3 原因分析

3.1 調(diào)速器動(dòng)作過(guò)程分析

調(diào)速器整個(gè)動(dòng)作過(guò)程：18:12:49.860，開機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)速器后，調(diào)速器進(jìn)入空轉(zhuǎn)開機(jī)過(guò)程，調(diào)速器首先將導(dǎo)葉開度開至第1開機(jī)開度23%，然后不斷檢測(cè)機(jī)組頻率，當(dāng)調(diào)速器檢測(cè)機(jī)組頻率大于47.5 Hz后，投入比例-積分-微分(PID)控制器計(jì)算；18:13:37.380，導(dǎo)葉空載位置動(dòng)作，說(shuō)明調(diào)速器開始往回關(guān)，將導(dǎo)葉壓至第2開機(jī)開度(當(dāng)前水頭下最小空載開度)；18:13:38.590，轉(zhuǎn)速大于95%nr動(dòng)作，表明機(jī)組轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到95%nr以上，機(jī)組進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時(shí)機(jī)組順控流程同時(shí)聯(lián)動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，機(jī)組開始建壓；18:13:43.440，機(jī)組空轉(zhuǎn)狀態(tài)復(fù)歸(機(jī)端電壓大于5%Ur)，說(shuō)明勵(lì)磁調(diào)節(jié)建壓已經(jīng)開始，機(jī)端電壓逐步上升；18:13:39.800，當(dāng)導(dǎo)葉空載位置以上復(fù)歸，說(shuō)明調(diào)速器將機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)至8%以下，經(jīng)過(guò)11 s后，于18:13:50.760導(dǎo)葉空載狀態(tài)動(dòng)作、導(dǎo)葉空載位置以上動(dòng)作(開度大于8%)，調(diào)速器檢測(cè)機(jī)組頻率下降，開始調(diào)節(jié)機(jī)組頻率將導(dǎo)葉逐步打開。整個(gè)調(diào)速器動(dòng)作過(guò)程，按時(shí)間和導(dǎo)葉開度情況分為4個(gè)階段，具體如圖1所示。

圖1 調(diào)速器動(dòng)作過(guò)程時(shí)序圖

將開機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)速器起始時(shí)間設(shè)為0 s，則圖1中標(biāo)示①②③④可相應(yīng)解析如下。

(1)標(biāo)示①。調(diào)速器將導(dǎo)葉開至第1開機(jī)開度23%，時(shí)間約為11 s。

(2)標(biāo)示②。48 s過(guò)后，調(diào)速器檢測(cè)頻率上升至47.5 Hz，投入PID控制器計(jì)算，進(jìn)入第2階段開機(jī)過(guò)程，將導(dǎo)葉往回關(guān)；48.730 s轉(zhuǎn)速裝置檢測(cè)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于95%nr，機(jī)組進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)，可編程邏輯控制器(PLC)順控流程聯(lián)動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開始建壓。

(3)標(biāo)示③。49.960 s，調(diào)速器將導(dǎo)葉關(guān)至8%以下；54.580 s，機(jī)端電壓大于5%Ur，空轉(zhuǎn)狀態(tài)復(fù)歸。

(4)標(biāo)示④。61.900 s，導(dǎo)葉空載位置以上動(dòng)作(開度大于8%)，調(diào)速器檢測(cè)機(jī)組頻率未達(dá)到給定50.0 Hz，開始調(diào)節(jié)機(jī)組頻率將導(dǎo)葉逐步打開。與此同時(shí)，機(jī)端電壓大于90%Ur，機(jī)組進(jìn)入空載狀態(tài)，PLC順控流程啟動(dòng)同期裝置，機(jī)組準(zhǔn)備并網(wǎng)；61.901 s，轉(zhuǎn)速大于95%nr復(fù)歸(此時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速只有91%nr，轉(zhuǎn)速裝置設(shè)定返回值為91%nr)，從而導(dǎo)致空載狀態(tài)復(fù)歸，同期裝置退出；63.727 s，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)綜合限制動(dòng)作、V/F限制動(dòng)作信號(hào)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢測(cè)機(jī)組頻率低于47.5 Hz，機(jī)端電壓大于90%Ur，為防止發(fā)電機(jī)過(guò)磁通發(fā)V/F限制、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器綜合限制，閉鎖減磁功能[1]；67.454 s后，由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為保證機(jī)端電壓不變，在頻率降低情況，增大勵(lì)磁電流，提高磁通量，造成發(fā)電機(jī)保護(hù)A，B兩套保護(hù)過(guò)激磁動(dòng)作；75.700 s后，調(diào)速器將機(jī)組頻率調(diào)到47.5 Hz以上，轉(zhuǎn)速裝置輸出機(jī)組轉(zhuǎn)速大于95%nr動(dòng)作接點(diǎn)，空載狀態(tài)滿足，同時(shí)啟動(dòng)同期裝置，于123.170 s 開關(guān)合閘，機(jī)組并網(wǎng)成功。

3.2 主要原因分析

該調(diào)速器開機(jī)過(guò)程中，在進(jìn)入第2開機(jī)階段過(guò)程中頻率檢測(cè)單元檢測(cè)到1個(gè)高于50.0 Hz信號(hào)，為防止機(jī)組過(guò)速，執(zhí)行關(guān)導(dǎo)葉，導(dǎo)致機(jī)組頻率上升緩慢。由于該廠采用精密電位器作為導(dǎo)葉反饋，調(diào)速器進(jìn)入第2開機(jī)開度后，將導(dǎo)葉壓至第2空載開度過(guò)程中，可能鋼絲繩回收速度與關(guān)閉導(dǎo)葉鋼絲繩下降速度不一致(回收速度慢)，導(dǎo)致調(diào)速器檢測(cè)到精密電位器反饋導(dǎo)葉開度比實(shí)際開度大；調(diào)速器進(jìn)入PID調(diào)節(jié)后，將導(dǎo)葉開度壓至第2開機(jī)開度，由于調(diào)速器頻率檢測(cè)反饋值比實(shí)際值偏大，從而導(dǎo)致調(diào)速器關(guān)導(dǎo)葉過(guò)度，影響機(jī)組頻率上升。

4 改進(jìn)措施

(1)利用停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)測(cè)頻回路進(jìn)行校驗(yàn)，新增雙傳感器齒盤測(cè)頻回路，采用齒盤測(cè)頻與殘壓測(cè)頻互為備用[2]：機(jī)組頻率大于20.0 Hz時(shí)，自動(dòng)采用殘壓測(cè)頻；機(jī)組頻率小于等于20.0 Hz時(shí)，自動(dòng)采用齒盤測(cè)頻；當(dāng)殘壓測(cè)頻故障時(shí)，自動(dòng)切換為齒盤測(cè)頻；當(dāng)齒盤測(cè)頻故障后，自動(dòng)切換為殘壓測(cè)頻。

(2)利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)，對(duì)精密電位器回收鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的回收鋼絲繩是否順暢、動(dòng)作情況進(jìn)行全面檢查，確保導(dǎo)葉反饋的靈敏度。

(3)優(yōu)化完善機(jī)組順控流程，將原程序中“機(jī)組開機(jī)流程條件滿足后立即瞬間聯(lián)動(dòng)下一動(dòng)作”，修改為“開機(jī)流程設(shè)定延時(shí)等待，當(dāng)機(jī)組進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)后，延時(shí)5s再聯(lián)動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，進(jìn)入空載狀態(tài)后，再延時(shí)5s啟動(dòng)同期裝置”。

(4)提高機(jī)組進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)速定值，目前該發(fā)電廠空轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)速均設(shè)置為95%nr，將該定值適當(dāng)放大至98%nr，使得機(jī)組完全進(jìn)入100%nr范圍內(nèi)后，進(jìn)入空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

(5)提高機(jī)組進(jìn)入空載狀態(tài)電壓值。目前該發(fā)電廠進(jìn)入空載狀態(tài)的電壓值均設(shè)置為90%Ur，當(dāng)電壓大于90%Ur時(shí)，空載狀態(tài)滿足，瞬間啟動(dòng)同期裝置。但在此過(guò)程中，如果機(jī)組電壓未調(diào)至額定就啟動(dòng)同期裝置，則同期裝置需不斷調(diào)節(jié)機(jī)端電壓達(dá)到滿足同期條件，勢(shì)必延長(zhǎng)機(jī)組并網(wǎng)時(shí)間。因此，可將順控流程中“機(jī)端電壓大于90%Ur啟動(dòng)同期裝置”，修改為“當(dāng)機(jī)端電壓大于95%Ur時(shí)，啟動(dòng)同期裝置”，可以減少機(jī)組同期并網(wǎng)的時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)#5機(jī)組開機(jī)過(guò)程中報(bào)警信號(hào)的分析，總結(jié)出影響發(fā)電機(jī)開機(jī)并網(wǎng)過(guò)程的主要原因，提出了改進(jìn)措施。對(duì)#5機(jī)組進(jìn)行上述改進(jìn)后，運(yùn)行3年來(lái)未出現(xiàn)并網(wǎng)不成功現(xiàn)象，說(shuō)明以上改進(jìn)措施有效。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟凡超，吳龍.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁技術(shù)問(wèn)題及事故分析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]魏守平.現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)節(jié)技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.