柘溪水電廠擴(kuò)建機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化

鄒桂麗

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙 410007）

柘溪水電廠擴(kuò)建機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化

鄒桂麗

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙 410007）

本文就柘溪水電廠擴(kuò)建機(jī)組AGC控制策略、機(jī)組LCU負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)、機(jī)組油壓裝置控制流程等運(yùn)行優(yōu)化完善工作進(jìn)行了分析與介紹，對(duì)同類水電廠的技術(shù)改造和運(yùn)行優(yōu)化、提高機(jī)組及電網(wǎng)安全可靠性具有重要指導(dǎo)意義。

水電機(jī)組;控制策略;LCU調(diào)節(jié)參數(shù);優(yōu)化

水電機(jī)組具有啟動(dòng)迅速、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活等特點(diǎn)，既是電網(wǎng)中調(diào)頻、調(diào)峰的主要電廠，同時(shí)也是電力系統(tǒng)故障時(shí)的重要后備電源。柘溪水電廠7，8號(hào)機(jī)組單機(jī)容量大 (250 MW)，對(duì)電網(wǎng)的影響尤其不容忽視，通過開展現(xiàn)場試驗(yàn)、仿真計(jì)算及缺陷整改等運(yùn)行優(yōu)化工作，取得了豐富成果并用于指導(dǎo)運(yùn)行，改善了機(jī)組負(fù)荷調(diào)整過渡過程性能指標(biāo)，優(yōu)化了機(jī)組運(yùn)行方式，提高了機(jī)組控制和水機(jī)保護(hù)的安全性，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保證。

1 自動(dòng)發(fā)電控制 (AGC)功能優(yōu)化

水電廠自動(dòng)發(fā)電控制 (AGC)作為水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要功能在大中型水電廠中獲得了廣泛的應(yīng)用。但水電廠中AGC的實(shí)施存在許多工程化問題，尤其是如何避免機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)過于頻繁及如何避開機(jī)組“禁運(yùn)區(qū)”運(yùn)行等。由于水電機(jī)組振動(dòng)、汽蝕等原因，機(jī)組的“禁運(yùn)區(qū)”有時(shí)多達(dá)2～3個(gè)，如何既保證電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷響應(yīng)速度和負(fù)荷調(diào)節(jié)精度的要求，又確保機(jī)組安全可靠運(yùn)行是水電廠自動(dòng)發(fā)電控制 (AGC)首要考慮的問題。

1.1 AGC功能優(yōu)化前現(xiàn)狀

AGC功能優(yōu)化前負(fù)荷分配原則為:AGC軟件讀取省調(diào)有功設(shè)定值后，減去未參與AGC成組調(diào)節(jié)的機(jī)組有功實(shí)發(fā)值，剩余負(fù)荷在參與AGC成組調(diào)節(jié)的機(jī)組間平均分配。

AGC功能優(yōu)化前躲避”禁運(yùn)區(qū)”策略為:機(jī)組不能長期運(yùn)行在”禁運(yùn)區(qū)”。為了避免機(jī)組頻繁跨越”禁運(yùn)區(qū)”，機(jī)組運(yùn)行在”禁運(yùn)區(qū)”上限以上時(shí)，當(dāng)機(jī)組有功分配到”禁運(yùn)區(qū)”時(shí)，則只分配到”禁運(yùn)區(qū)”上限，反之，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在”禁運(yùn)區(qū)”下限以下時(shí)，如果分配的有功處于”禁運(yùn)區(qū)”，則只分配到”禁運(yùn)區(qū)”下限。

試驗(yàn)表明:AGC功能優(yōu)化前AGC響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精度均達(dá)不到電網(wǎng)要求，而且機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)相當(dāng)頻繁。AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)達(dá)不到考核標(biāo)準(zhǔn)，影響電廠自身經(jīng)濟(jì)效益，不能確保源網(wǎng)協(xié)調(diào)，無法對(duì)電網(wǎng)提供強(qiáng)有力的支撐。頻繁的負(fù)荷調(diào)整，將導(dǎo)致調(diào)速器油壓裝置油泵啟動(dòng)頻繁，加速機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)件磨損、導(dǎo)葉軸套漏水等缺陷發(fā)生，嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。

1.2 AGC控制策略優(yōu)化

根據(jù)單機(jī)“禁運(yùn)區(qū)”和參加AGC成組調(diào)節(jié)機(jī)組的不同組合實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前水頭下全廠AGC方式聯(lián)合“禁運(yùn)區(qū)”，即無法通過任何負(fù)荷分配避開機(jī)組“禁運(yùn)區(qū)”的負(fù)荷段，有時(shí)此“禁運(yùn)區(qū)”不止1個(gè)。將全廠聯(lián)合“禁運(yùn)區(qū)”實(shí)時(shí)上送電網(wǎng)調(diào)度，這樣就可以避免電網(wǎng)調(diào)度將負(fù)荷調(diào)節(jié)指令的目標(biāo)值給定在全廠聯(lián)合“禁運(yùn)區(qū)”，從而提高AGC調(diào)節(jié)精度。

AGC程序中設(shè)置跨越”禁運(yùn)區(qū)”的死區(qū)。即機(jī)組跨越”禁運(yùn)區(qū)”與不跨越”禁運(yùn)區(qū)”相比，實(shí)發(fā)有功與目標(biāo)值差值大于跨越”禁運(yùn)區(qū)”死區(qū)時(shí)，機(jī)組跨越”禁運(yùn)區(qū)”。否則，機(jī)組不跨越“禁運(yùn)區(qū)”。這樣可以避免機(jī)組頻繁穿越“禁運(yùn)區(qū)”，大大提高機(jī)組安全性。

AGC調(diào)節(jié)時(shí)，如果僅考慮經(jīng)濟(jì)性而調(diào)用大量機(jī)組去響應(yīng)并非特別大的隨機(jī)負(fù)荷調(diào)整是不盡合理的，尤其是對(duì)機(jī)組單機(jī)容量較大的大型水電廠，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且會(huì)帶來安全隱患。為此在全廠AGC控制程序中設(shè)定小負(fù)荷變幅定值，調(diào)度有功給定在小負(fù)荷變幅范圍內(nèi)時(shí)只1臺(tái)機(jī)組參與調(diào)節(jié)。當(dāng)全廠有功給定值增加時(shí)，選擇實(shí)發(fā)有功值占總?cè)萘勘壤钚〉臋C(jī)組參與調(diào)節(jié);當(dāng)全廠有功給定值減少時(shí)，選擇實(shí)發(fā)有功占總?cè)萘勘壤畲髾C(jī)組參與調(diào)節(jié)。這樣可以有效避免機(jī)組負(fù)荷頻繁調(diào)節(jié)，從而降低機(jī)組機(jī)械部件磨損、壓油裝置油泵頻繁啟動(dòng)等缺陷的發(fā)生，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

2 機(jī)組LCU有功功率調(diào)節(jié)參數(shù)優(yōu)化

通過對(duì)機(jī)組LCU調(diào)功程序中的PID參數(shù)及調(diào)功最大脈寬、最小脈寬時(shí)間以及調(diào)節(jié)間隔時(shí)間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整，解決了機(jī)組有功調(diào)節(jié)品質(zhì)達(dá)不到電網(wǎng)要求的問題。有功調(diào)節(jié)過渡過程曲線見圖1，2。54 m水頭下100 MW的負(fù)荷差調(diào)節(jié)時(shí)間約44 s，設(shè)定的調(diào)節(jié)參數(shù)為Kp=6，Kd=2最大脈寬3.5 s，一次調(diào)節(jié)周期4 s。雖然調(diào)節(jié)時(shí)間比電網(wǎng)要求稍長，但54 m水頭已經(jīng)接近水輪機(jī)最低運(yùn)行水頭 (水輪機(jī)工作水頭:52 m～75 m，額定水頭:63 m)，推算54 m以上水頭調(diào)節(jié)時(shí)間可以滿足要求。

3 參數(shù)PID負(fù)荷調(diào)節(jié)功能研究

柘溪水電廠監(jiān)控系統(tǒng)增/減負(fù)荷是通過調(diào)速器開度控制模式實(shí)現(xiàn)的，即監(jiān)控系統(tǒng)開出脈沖量給調(diào)速器開/關(guān)導(dǎo)葉來調(diào)整機(jī)組負(fù)荷。水頭不同，相同的導(dǎo)葉開度改變量對(duì)應(yīng)的負(fù)荷改變量是不同的。因此，不同水頭下最優(yōu)負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)是不一樣的，以前所有的監(jiān)控系統(tǒng)導(dǎo)葉開度調(diào)功模式均采用固定的監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)，這對(duì)于水頭變化不大，電網(wǎng)對(duì)電廠要求不高的水電廠沒有很大影響，但對(duì)于柘溪最高、最低運(yùn)行水頭相差20多m的水電廠來說，這樣的調(diào)節(jié)參數(shù)無法滿足電網(wǎng)對(duì)水電廠負(fù)荷調(diào)節(jié)品質(zhì)的要求。為此將PID調(diào)節(jié)參數(shù)引入變參數(shù)機(jī)制，要求監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)不同的水頭自動(dòng)改變負(fù)荷調(diào)節(jié)PID參數(shù)。經(jīng)過多次程序調(diào)整，目前該功能已通過仿真測試，待機(jī)組檢修時(shí)再在真機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，然后投入試運(yùn)行。

4 油壓裝置運(yùn)行優(yōu)化

圖1 有功調(diào)節(jié)100～200 MW過渡過程曲線(Kp=6，Kd=2，max=3 500)

柘溪水力發(fā)電廠7，8號(hào)機(jī)組油壓裝置共有3臺(tái)油泵安裝在回油箱上，包括2臺(tái)相同的主泵組和1臺(tái)升壓泵組。升壓泵組在水輪機(jī)運(yùn)行期間斷續(xù)運(yùn)行，在壓力開關(guān)的控制下，向壓力油罐供油。當(dāng)壓力油罐壓力持續(xù)下降到設(shè)定值時(shí)，分別啟動(dòng)2臺(tái)主泵組向壓力油罐供油。油壓裝置由主機(jī)廠天津阿爾斯通水電設(shè)備公司配套生產(chǎn)，其設(shè)計(jì)理念是按照進(jìn)口機(jī)組設(shè)計(jì)的，不符合國內(nèi)機(jī)組運(yùn)行方式和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求;另外在設(shè)計(jì)上還有許多缺陷和不足，不滿足現(xiàn)場運(yùn)行要求。

4.1 油泵手動(dòng)運(yùn)行方式優(yōu)化

油壓裝置控制回路原設(shè)計(jì)只在自動(dòng)運(yùn)行方式下投入卸載閥，手動(dòng)運(yùn)行方式下沒有投入卸載閥，導(dǎo)致手動(dòng)啟動(dòng)油泵時(shí)，易燒壞油泵保險(xiǎn)。

重新對(duì)油壓裝置控制回路進(jìn)行修改，增加了各油泵在手動(dòng)運(yùn)行方式下，投入卸載閥的功能，和自動(dòng)運(yùn)行方式下一樣，卸載時(shí)間為8～10 s。

4.2 油壓裝置控制流程優(yōu)化

原設(shè)計(jì)只有在機(jī)組開機(jī)后即接到機(jī)組開機(jī)令后，油壓裝置控制流程才啟動(dòng)，投入流程自動(dòng)運(yùn)行，在機(jī)組停機(jī)后，流程自動(dòng)退出。這樣導(dǎo)致在停機(jī)后，壓力油罐的壓力降低后，不能通過流程自動(dòng)維持在額定壓力，影響下一次機(jī)組正常開機(jī)。

圖2 有功調(diào)節(jié)200～100 MW過渡過程曲線(Kp=6，Kd=2，max=3 500)

重新對(duì)油壓裝置控制流程進(jìn)行修改，在油壓裝置控制回路在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，保證壓力油罐的壓力能夠維持在額定壓力，以滿足機(jī)組隨時(shí)開機(jī)的需要。

4.3 大油泵的主備用切換功能優(yōu)化

原設(shè)計(jì)大油泵的主備用切換由操作把手手動(dòng)切換，需要運(yùn)行人員定期進(jìn)行切換，增加運(yùn)行維護(hù)工作量。

將操作把手更換為三位開關(guān)，在手動(dòng)進(jìn)行大油泵主備用切換的基礎(chǔ)上，增加自動(dòng)切換功能，當(dāng)操作把手處于自動(dòng)切換位置時(shí)，大油泵的主備用切換自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，在可編程控制器上電后，首先將1號(hào)泵置為主用，以后每7 d輪換1次。

4.4 自動(dòng)補(bǔ)氣功能完善

對(duì)自動(dòng)補(bǔ)氣流程進(jìn)行了改進(jìn):當(dāng)油壓裝置油位達(dá)到正常油位但壓力未達(dá)到正常壓力情況下，啟動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)氣10 min，然后停10 min，循環(huán)往復(fù)，直到壓力達(dá)到正常值。

5 水機(jī)保護(hù)優(yōu)化完善

水機(jī)保護(hù)是水電廠快速切除故障設(shè)備，防止事故擴(kuò)大，確保機(jī)組安全的重要保證。在設(shè)計(jì)配置、選型、整定、調(diào)試定檢等各環(huán)節(jié)稍有疏忽或考慮不周，都將會(huì)給水電廠乃至電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，甚至造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞、水電廠全廠停電、電網(wǎng)瓦解等重大事故。

由于設(shè)計(jì)、安裝、產(chǎn)品質(zhì)量等各種原因，柘溪水電廠7，8號(hào)機(jī)組調(diào)試和投產(chǎn)初期出現(xiàn)過多次保護(hù)誤動(dòng)事件。為了使水機(jī)保護(hù)配置、邏輯以及出口規(guī)范化，結(jié)合電廠具體情況對(duì)7，8號(hào)機(jī)組水機(jī)保護(hù)進(jìn)行了以下優(yōu)化。

5.1 溫度保護(hù)優(yōu)化

由于制動(dòng)測溫屏上溫度測量數(shù)顯儀多次出現(xiàn)故障導(dǎo)致溫度保護(hù)誤動(dòng)停機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，由于溫度保護(hù)還有完善的RTD保護(hù)出口，決定溫度測量數(shù)顯儀信號(hào)只作用于報(bào)警取消其保護(hù)出口。

5.2 冷卻水中斷保護(hù)

由于部分示流器安裝位置不妥或元件本身質(zhì)量問題，柘溪水電廠7，8號(hào)機(jī)組調(diào)試和投產(chǎn)初期出現(xiàn)過多次冷卻水中斷保護(hù)誤動(dòng)事件。即要保證冷卻水中斷后有停機(jī)保護(hù)又要不誤動(dòng)，為此對(duì)冷卻水中斷保護(hù)邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，在保護(hù)邏輯中引入溫度報(bào)警條件共同作用于事故停機(jī)。

6 結(jié)束語

柘溪水電廠擴(kuò)建工程運(yùn)行優(yōu)化工作涉及到主機(jī)、調(diào)速系統(tǒng)、油壓裝置、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水機(jī)保護(hù)、自動(dòng)化元件等多個(gè)方面，應(yīng)用效果良好，對(duì)改善水電廠機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電網(wǎng)安全可靠性具有重要指導(dǎo)意義。

TV7

B

1008-0198(2011)03-0035-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.010

2010-09-15

鄒桂麗(1964— )，女，漢族，大學(xué)本科，主要從事水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其輔助設(shè)備試驗(yàn)和研究工作。