二灘水電站5號機組負荷波動原因分析及處理

吳建榮，王秀梅

(二灘水力發(fā)電廠，四川攀枝花 617100)

0 前言

二灘水電站總裝機容量3 300 MW，6臺單機容量550 MW機組，1999年12月全部投產(chǎn)發(fā)電，是20世紀建成投產(chǎn)的最大水電站。其調速器控制系統(tǒng)和機械部分最初采用的是瑞士HYDRO VEVEY公司產(chǎn)品，投入運行后調速器控制系統(tǒng)部分存在諸多問題，部分功能不能完全滿足電網(wǎng)的發(fā)展要求。2003年開始將控制系統(tǒng)更換為武漢事達的 WT－SPLCSTARS型產(chǎn)品，由兩套完全相同的數(shù)字式調速器頭組成，互為備用，2007年完成所有更換改造。2009年8月4日至7日，5號機組先后發(fā)生5次大負荷波動，直接威脅到設備及電網(wǎng)的安全。

1 機組負荷波動現(xiàn)象

5號機組負荷波動發(fā)生后，分別從計算機監(jiān)控系統(tǒng)、機組故障錄波裝置、調速器控制系統(tǒng)取相關數(shù)據(jù)，因5次現(xiàn)象類似，故選取典型代表所示。

從圖1可以看出5號機組有功、無功發(fā)生異常波動時，其勵磁電壓、勵磁電流、機組無功波動的趨勢與其他5臺機組相反，而當時4號與5號機組都與二普二線相連。且從當時的故障錄波數(shù)據(jù)還可以看到勵磁電壓的突變與機組有功、無功的波動變化幾乎同時發(fā)生。從圖2可以看出在無任何調節(jié)指令的狀態(tài)下，導葉最先自行波動，從而引起功率波動。

2 原因分析

2.1 機組勵磁系統(tǒng)和故障錄波數(shù)據(jù)綜合分析

5號機組發(fā)生有功、無功波動時，500 kV線路電壓、無功均正常;5號機組波動的趨勢與其他機組相反;機端電壓無明顯改變。這些說明5號機組勵磁電壓的突變并不是勵磁系統(tǒng)電壓調節(jié)功能造成，而是其勵磁系統(tǒng)內(nèi)的PSS功能單元引起的反調現(xiàn)象。但按PSS反調試驗的數(shù)據(jù)規(guī)律看，正常PSS反調不應引起機組無功功率如此大的波動，并且正常PSS反調引起的無功波動變化略滯后有功變化。而從所有數(shù)據(jù)波形看每次有功、無功的波動趨勢完全一致，由此判斷5號機組發(fā)生波動的原因來自于機組本身。是由于機組原動機功率的突變，造成了機組運行功角的變化，從而引起了無功功率的大幅波動。

2.2 機組調速器控制系統(tǒng)和機械部分綜合分析

圖1 全廠機組無功功率比較圖

圖2 5號機組有功波動波形圖

從5次波動現(xiàn)象及數(shù)據(jù)上分析，有一共同特點即:無任何調節(jié)指令下導葉開度最先打開，調速器控制系統(tǒng)隨之響應給出回關的電轉信號進行控制，但失效，進而增大電轉的回關信號達5 VDC以上(最大電壓10 V，正常調節(jié)時70 MW的負荷階躍對應電轉電壓約1 V)，才有效將機組出力“拉回”與功率給定一致。表現(xiàn)出控制指令與執(zhí)行結果完全相反的結果。調速器控制部分在2009年年度小修后，持續(xù)正常運行3個多月。波動發(fā)生2次后，將調速器控制部分由A套切換為B套運行，該現(xiàn)象仍又發(fā)生3次。因此可基本排除調速器控制部分引發(fā)該事件的可能。

這表明5號機調速器的液壓系統(tǒng)發(fā)生不穩(wěn)定性堵塞、或卡阻、或電液轉換器部分的不穩(wěn)定性方向偏移導致調速器控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件(液壓系統(tǒng))未能及時有效執(zhí)行調速器的電氣控制指令的可能性最大。因此應著重檢查調速器機械系統(tǒng)較易發(fā)生卡阻部位，如電轉的噴嘴、主配壓閥上的節(jié)流孔等。

3 檢查處理

5號機組停機后分別對調速器控制系統(tǒng)的各重要元器件、接線進行了檢查和測驗，均未發(fā)現(xiàn)任何異常。對調速器電液轉換器上的噴嘴、主配壓閥的節(jié)流孔進行了檢查，發(fā)現(xiàn)中間接力器及噴嘴有明顯的積碳油污，先采取了用高壓氣吹掃噴嘴、對主配壓閥的節(jié)流閥進行清洗、更換油過濾器濾芯等處理措施。后通過多次快速全行程開關導葉操作，借此對電－液轉換液壓回路存在的流竄雜質通過油流的快速循環(huán)流達到?jīng)_洗效果。

經(jīng)過上述處理后，5號機組一直運行正常，缺陷得以消除。

4 結語

機組調速器系統(tǒng)控制機組有功負荷的調節(jié)和頻率控制，其調節(jié)品質和調節(jié)性能與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行密切相關，通常發(fā)生有功負荷波動時，會伴隨無功負荷的同步變化，因此分析機組負荷波動原因時在實際工作中往往需從以下幾個方面入手:①結合機組或線路故障錄波裝置通過分析機組勵磁控制系統(tǒng)的波形圖，查找是否有來自電網(wǎng)的干擾因素;②分析調速器控制系統(tǒng)部分硬件存在的問題及可能造成的后果，軟件是否存在邏輯控制缺陷;③分析調速器機械部分是否存在發(fā)卡或堵塞等導致負荷波動的因素;④停機后有針對性地檢查控制系統(tǒng)或機械部分軟硬件存在的問題;⑤必要時應通過相關模擬試驗進行功能驗證，如檢查調速器電轉信號動作方向、機械零位檢查與調整、并網(wǎng)后負荷增減試驗等。

此次缺陷能及時有效地得以解決，正是基于對數(shù)據(jù)的綜合仔細分析后作出了有針對性的檢查處理。

［1］魏守平.水輪機控制工程［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005(12):82－82.

［2］譚中美，劉小改.二灘水電站調速器控制系統(tǒng)改造［J］.水電站機電技術，2005，28(1):64 －65.

［3］魏守平，王雅軍，羅萍.數(shù)字式電液調速器的功率調節(jié)［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2003(4):20 －22.