大巖洞電站機組運行有功功率突升的分析與改進措施

廖啟智

（會澤縣川渝水電開發有限公司，云南 曲靖 654200）

1 概述

大巖洞電站采用引水式發電方式，壩址以上控制流域面積8 151km2，壩址處于多年平均流量82.8 m3/s，水庫正常蓄水位1 496.00 m，相應庫容為349.42萬m3。調節庫容209萬m3，具有日調節性能，電站安裝3臺單機容量28 MW水輪發電機組，總容量為84 MW，年利用小時數4 561 h，多年平均發電量3.83億kW·h，送往貴州電網。

2 事件經過

2019年 01月 05日 18：09：00，貴州中調下令大巖洞電站開啟1號、2號、3號機組，全廠有功功率84 MW；18:17：00向貴州中調回令 1號、2號、3號機組并網發電，全廠有功功率84 MW。18：18：36監盤人員發現2號機組監控系統P—Q調節無變化，有功調節退出動作，18：21：23 2號機有功功率突升至 34.90 MW，無功功率為 0.30 MW；18：18：23監盤人員發現3號機組監控系統P—Q調節無變化，有功調節退出動作；18：21：38 3號機有功功率突升至33.60 MW，無功功率為-1.80 MW。18：22：00向貴州中調匯報2號、3號機組有功負荷突升，正在查找原因。18：26：00貴州中調詢問2號和3號機組是否恢復正常，大巖洞中控室回復先將3號機組一次調頻和PSS退出，后重新投入有功調節，手動設置有功功率28 MW，3號機組有功功率恢復正常范圍，負荷穩定后再次投入一次調頻和PSS，3號機組正常運行。同樣的方法處理2號機組有功功率時，2號機組有功功率依然維持在超負荷運行（最大34.90 MW），此時，貴州中調下令停2號機組并檢查原因。18：56：00貴州中調下令停3號機組，并分析其有功功率突升的原因。

2019年01月08 日07：05：00，大巖洞水電站1號、2號機組分別帶滿負荷28 MW運行。07：07：00，貴州中調下令將1號、2號機組有功功率降為0 MW，但不解列，機組處于空載態運行。07：10：00，貴州中調下令將1號、2號機組有功功率升至28 MW，運行人員操作上位機分別將1號、2號機組設定有功值28 MW。07：12：00，監盤人員發現1號機組功率為26.4 MW，07：13：00發現2號機組有功功率為26.67 MW，判斷1號、2號機組有功功率未達到設定值，運行人員把1號、2號機組一次調頻分別退出；07：14：00， 1號機組有功功率為 20.54 MW，2 號機組有功功率為22.25 MW，發現有功功率降低后，運行人員重新在1號、2號機上位機監控P-Q畫面投入有功調節，并重新分別設定1號、2號機組目標值28 MW，這一過程中1號、2號機組并沒有穩定在28 MW，而是出現異常突升現象。07：15：00，2號機組有功功率最高為33.14 MW；07：16：00 1號機組有功功率最高34.48 MW；出現異常情況后，運行人員又再次投入1號、2號機上位機監控P-Q畫面有功調節，并重新分別設定1號、2號機組目標值28 MW；07：17：00，1號、2號機組逐步恢復至設定值正常范圍內28 MW，在觀察穩定1號、2號機組有功功率穩定2 min后，重新投入一次調頻和PSS動作，機組正常運行。

3 事件原因分析

3.1 1月5日事件分析

2019年 1月5日 18：14：56，中控室接調度令，開2號機組，帶負荷至28 MW。運行值班人員在上位機下開機令，2號機組并網后帶2 MW負荷，設置監控P-Q調節投入，設置2號機組負荷為28 MW。有功調節將負荷拉升至28.5 MW，于18：15：45進入負荷調節死區（調節死區為機組額定容量的2%），在這個時間點，監控系統認為負荷在死區范圍內已經不再調整負荷，不再向調速器發負荷增減令，18：18：00左右負荷才開始增加，越過死區，此時監控在給調速器發減有功命令時，負荷并沒有向減方向運行，而是繼續增加，此時監控系統觸發了反向調節保護，退出PID調節，18：18：15后監控系統再無參與調節，有功設定值跟蹤實發值；此時導葉開度維持在77%附近，有功開始增加，最大值達到34.9 MW，發電機定子電流為2 115.08 A。而水輪機組制造的額定功率為30 MW，調速器設置的開度限制為90%，發電機過負荷電流定值為2 150 A。此時，導葉開度未達到限制值，發電機定子電流未達到報警整定值，過負荷保護未動作，負荷上升與一次調頻投入無關，如圖1所示。

圖1 1月5日事件曲線

原因分析：監控有功調節存在超調現象，在負荷大范圍調整時，向調速器發增有功命令脈沖，調速器收到命令到執行完畢存在時間滯后，增加導葉開度的命令有積累效應，出現導葉開度有較大波動。

3.2 1月8日事件分析

2019年 1月 8日 7：11：43，中控室接調度令，開2號機組，帶負荷至28 MW。運行值班人員在上位機下發電令（之前在熱備空載態），設置監控P-Q調節投入，設置2號機組負荷為28 MW。有功調節將負荷拉升至28.5 MW，于7：12：45負荷調節變緩，向死區靠近，7：13：13，有功負荷在26.67 MW左右，從曲線看，開度增加，但機組過流量（差壓測流曲線）沒有明顯增加。當一次調頻分別退出后，07：14：00，機組有功功率下降，從差壓測流曲線看，是因為流量減少的原因引起的。此時監控系統觸發了反向調節保護，退出PID調節。隨后，從差壓測流曲線看，導葉開度不變，流量增加導致機組有功上升。運行值班人員重新投入監控P-Q調節，并設置有功至28 MW，負荷重新下降到28 MW。機組負荷上升和下降與一次調頻投入無關，如圖2所示。

圖2 1月8日事件曲線

導葉在7：12：45后導葉開度繼續增加的原因：

（1）有功調節存在超調現象，在負荷大范圍調整時，向調速器發增有功命令脈沖，調速器收到命令到執行完畢存在時間滯后，增加導葉開度的命令有積累效應，出現導葉開度較大波動；

（2）機組過流量下降，無法通過調整導葉開度到達的范圍值內，而相對平緩的那一段負荷曲線恰好是當前工況條件下機組有功能達到的最大值，故PID調節繼續給調速器增有功命令，繼續增加導葉開度。

4 改進措施

4.1 改善機組流程

優化PID調節參數，將最大調節脈寬減小，盡量保證平穩的條件下快速調整負荷；增加有功調節自保護退出門限，即功率調節方向與測量值方向變化相反時，由原來的3次連續調節增加為5次調節；增加監控系統中有功調節退出以后語音報警功能（原有文字報警）；加強運行人員上位機監盤責任心，同時修改大巖洞水電站反事故措施，強化學習。

4.2 重新設置導葉開度限制值[1]

由于大巖洞電站是有壓隧洞且長度有6.2 km，機組開機后，由于水力波動大，導致水頭變幅大，引起機組頻率變化大，可能導致并網時間長或無法并網，因此在調速器中采取的人工水頭模式中，在調試階段沒有各水頭下的實際導葉開度運行數據，導致設置的開度限制偏大，見表1。

表1 原設置的導葉限制開度

經過統計，電站自2018年7月1日全面進入商業運行來，下游象鼻嶺電站蓄水至正常水位1 405.00 m，大巖洞電站上游庫水位也在1 490.00～1 496.00 m之間運行，在機組額定負荷28 MW時，各水頭下的導葉實際開度見表2。

表2 導葉運行實際開度

根據額定負荷下的實際開度，重新設置導葉限制開度見表3。

表3 現設置的導葉限制開度

4.3 采取負荷調整速率控制措施

4.3.1 AGC定值要求見表4

表4 大巖洞電站1號～3號機組AGC參數整定值[3]

4.3.2 負荷調整控制措施[2]

根據AGC定值，咨詢同類型有壓隧洞電站的負荷調整方式，結合大巖洞電站的實際情況，電站引水隧洞長度達6.2 km，且為有壓隧洞，單機引用流量為42.37 m3/s,3臺機共引用流量127.1 m3/s，對負荷調整采取以下控制措施：

（1）增加有功功率負荷

1）單機并網增加有功功率負荷

從上位機發“發電”令到并網“發電”流程完成后，空載穩定30 s，再分段增加有功功率負荷：從并網起始有功功率值增至6 MW，停留30 s；6 MW增至12 MW，停留30 s；12 MW增至20 MW，停留60 s；20 MW增至24 MW，停留60 s；最后從24 MW增至28 MW，停留60 s；增加有功功率負荷總的調整時間大約在4.5 min。

2）兩臺機增加有功功率負荷

單機并網增加有功功率負荷至28 MW后，觀察已帶有功功率負荷機組的蝸殼末端壓力值穩定后20 s，或停留60～120 s；按單機并網增有功功率負荷的流程，進行第二臺機組增加有功功率負荷。

3）3臺機增加有功功率負荷

兩臺機并網完成增加有功功率至56 MW后，觀察已帶有功功率負荷的兩臺機組的蝸殼末端壓力值穩定后20 s，或停留60～120 s；按單機并網增加有功功率負荷的流程，進行第3臺機組增加有功功率負荷。

（2）降有功功率負荷

1）單機降有功功率負荷

中控室上位機從28 MW降至24 MW，停留60 s；24 MW降至20 MW，停留60 s；20 MW降至12 MW，停留30 s；12 MW降至6 MW，停留30 s；6 MW降至0 MW，停留30 s；最后再發停機令，降有功功率負荷總的時間大約在4 min。

2）兩臺機降有功功率負荷

單機停機后，觀察已停機組的蝸殼末端壓力值穩定后20 s，或停留60～120 s；按單機停機降有功功率負荷的流程進行第二臺機組停機流程。

3）三機降有功功率負荷

兩臺機停機后，觀察已停機組的蝸殼末端壓力值穩定后20 s，或停留60～120 s；按單機停機降有功功率負荷的流程進行第三臺機組停機流程。

4.3.3 增、減有功功率負荷時間間隔

（1）增、減有功功率負荷的時間間隔，觀察機組蝸殼末端壓力穩定后60 s，再進行增或減有功功率負荷。

（2）停機、開機的時間間隔，觀察機組蝸殼末端壓力穩定后60 s，再進行下一次的開機、停機流程。

5 結語

結合大巖洞電站機組運行有功功率突升事件，優化運行機組開停機措施，不僅提高了電站運行的可靠性、經濟性，而且對機組運行靈活性及管理等方面帶來良好的條件，為大巖洞電站今后機組運行積累了寶貴的經驗，為有壓式隧洞引水式電站機組運行，取得的安全效益和經濟效益，值得其他同類型水電站借鑒。