紫坪鋪電廠自動電壓控制(AVC) 功能簡述及投運初期故障分析

余 寧

(四川紫坪鋪水電廠，四川 成都 610091)

1 前 言

紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省岷江上游都江堰市麻溪鄉(xiāng)境內，距成都60km，大壩為混凝土面板堆石壩，壩高156m，總庫容11.12億m3。工程以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護、旅游等綜合效益，它是西部開發(fā)標志性工程。紫坪鋪電廠總裝機760MW(4×190MW)，年發(fā)電量約34.17億kW·h，年利用小時4 496h，以一回500kV出線接入成都環(huán)網。

紫坪鋪電廠于2005年11月首臺機組投產發(fā)電， 2006年4月4臺機組全部投產。隨著電網規(guī)模的不斷擴大和自動化水平的不斷提高，具備自動電壓控制 (AVC)功能的機組在電網中的作用越來越大，自動電壓控制技術已成為現代電網運行中不可缺少的手段。在第 27屆中國電網調度運行會議上將AVC列入現代電網調度發(fā)展新技術之一，紫坪鋪電廠為進一步推動四川電網的AVC工作開展，于2009年7月正式進行廠內AVC試驗及與四川省調中心進行AVC聯(lián)合調試試驗，并于此后半年進行了AVC遠方控制試運行。

2 AVC的主要功能

水電廠自動電壓控制(AVC)是指按預定條件和要求，自動控制水電廠母線電壓或全廠無功功率的技術。在保證電廠安全運行的前提下，為系統(tǒng)提供可充分利用的無功功率，減少電廠的功率損耗。采用AVC可以滿足電力系統(tǒng)對機組安全發(fā)電和安全運行的要求，同時可根據實際需要滿足運行人員的一些特殊要求。并且對全廠母線電壓的變化及一些特殊情況做出迅速反應，直接執(zhí)行或提示，防止事故進一步擴大。

2.1 四川電網AVC系統(tǒng)結構及功能

四川電網AVC系統(tǒng)結構如圖1所示。

省調AVC主站通過EMS系統(tǒng)實時下發(fā)高壓母線電壓控制命令給紫坪鋪電廠的監(jiān)控系統(tǒng)。同時將“省調AVC系統(tǒng)在控狀態(tài)”信息一并下發(fā)變電站，該狀態(tài)信息僅作為變電站側的監(jiān)視信號，不納入邏輯計算。數據交換內容見表1。

2.2 紫坪鋪電廠AVC系統(tǒng)主要功能的實現

2.2.1 AVC的分配算法

AVC分配算法通常有四種，即：無功功率控制對象的分配算法；帶電壓監(jiān)視功率控制的分配算法；全廠電壓控制對象的分配算法；電壓補償模式的分配算法。根據四川省調度中心的要求，紫坪鋪電廠AVC分配算法為全廠電壓控制對象的分配算法。即AVC投入省調期間，控制對象為出線電壓：按照省調給定母線電壓增量值(△V)，對全廠無功進行分配，使電廠母線電壓維持在給定水平。

式中QACT——為當前實發(fā)無功；

△V——為實際母線電壓與給定電壓值偏差；

KVNOR——為母線電壓在正常電壓值范圍內的調壓系數；

圖1 四川電網AVC系統(tǒng)總體結構示意

省(地)調AVC系統(tǒng)與直調電廠間數據傳輸電廠上傳模擬量電廠上傳開關量省(地)調下傳模擬量省(地)調下傳開關量通信規(guī)約1.電廠高壓側母線電壓2.各機組有功、無功3.計及PQ特性的無功上、下限制值1.機組是否閉環(huán)運行2.機組增、減磁閉鎖3.全廠遠方/就地信號1.電廠高壓母線電壓目標值 AVC是否在控 101、104規(guī)約

當母線電壓值在正常電壓范圍以外，按緊急調壓系數進行調節(jié)

KVEMG——為母線電壓在正常電壓值范圍外的緊急調壓系數。

在紫坪鋪電廠AVC試運行期間，也常采用電壓曲線方式控制母線電壓，即按照中調或當地事先設定的電壓曲線對全廠無功進行分配，使母線電壓維持在曲線設定值水平，分配算法同上。

2.2.2 AVC分配原則

紫坪鋪電廠主要采用等功率因數原則。此外，還可采用無功容量成比例原則，因后種分配原則使用較少，在此不作介紹。

式中n——為參加AVC的機組數；

Pi——為參加AVC的第i臺機組的當前有功實發(fā)值;

QiAVC——為分配到第i臺參加AVC機組的無功。

2.2.3 AVC控制方式

2.2.3.1 AVC控制權切換方式

紫坪鋪電廠AVC控制權分別為：調度控制、現場中控室控制和成都遠控中心控制。以上三種控制權限互相閉鎖，相應的出線電壓設定值分別為：調度設定值、當地設定值和成都遠控中心設定值。

2.2.3.2 AVC“開環(huán)”及“閉環(huán)”控制切換方式

紫坪鋪電廠AVC控制分為“開環(huán)”及“閉環(huán)”兩種方式。

AVC控制方式為“開環(huán)”時，全廠的AVC程序運行在負荷指導方式，AVC程序計算出的負荷值僅在監(jiān)控畫面中予以顯示，不會進行實際調節(jié)。

AVC控制方式為“閉環(huán)”時，全廠的AVC程序運行在實際控制方式，AVC程序計算出的各機組無功分配值將下發(fā)至機組LCU，由機組LCU向勵磁系統(tǒng)發(fā)出增磁或減磁信號，最終由機組勵磁系統(tǒng)完成無功調節(jié)。

2.2.3.3 AVC功能投退開關

紫坪鋪電廠設置的AVC功能投退開關有：全廠AVC功能投退開關和機組AVC功能投退開關。如無機組投入AVC，則全廠AVC功能投入無效；如全廠AVC未投入，則單機AVC功能投入無效。

3 故障類型分析

3.1 采集精度

紫坪鋪電廠為一回500kV出線，AVC投入后省調要求出線電壓精度應達到±0.5kV以內，而電廠監(jiān)控系統(tǒng)上位機顯示的電壓變化幅度在±1.2kV，不能滿足省調AVC要求。

紫坪鋪電廠出線電壓采集使用的是斯威特PM130E型電功率表，通過RS485與現地LCU的SJ30通訊模件進行數據通訊，SJ30通訊模件對采集的數據進行一次數據換算處理后，上送給上位機進行二次數據換算，換算遵循公式Y=aX(Y：電壓；a：換算系數；X：碼值)。經對PLC程序在線觀察，發(fā)現上送碼值為整型(430左右)，系數為1.218，因此，若碼值變化1，則電壓變化1.2kV左右，此情況與上位機顯示的電壓變化幅度相符，加之數據采集處理過程過于繁瑣，兩次數據換算，使上位機最終采集的電壓數據精度損失過大。

根據上述情況，將換算系數a由1.218修改為0.125，碼值X范圍由0-450修改為0-4400，并現采取將SJ30通訊模件采集數據一次上送，僅由上位機進行一次數據處理。

以上措施大大提高了出線電壓的采集精度，滿足了省調要求。

3.2 參數的合理設定

2009年10月以來，AVC系統(tǒng)閉環(huán)試運行。數次出現機組視在功率(S)耦合校驗失敗退單機AVC。經查詢歷史曲線發(fā)現，因功率變送器與交采裝置采集量采集原理不同，交采裝置(通訊量)數據采集時間會滯后于功率變送器(模擬量)數據采集時間。因此將有可能造成同一時標下S1與S2相差過大，機組強勵動作時，此現象更加明顯。在保證AVC投運率及該閉鎖措施不失效的前提下，只有適當增加視在功率比較值。

3.3 增加實用閉鎖措施

2009年11月6日，1號機組LCU柜停電檢修，全廠AVC退出。

根據最初省調對AVC閉鎖條件的設定，“機組LCU故障(雙CCU故障)”、“機組LCU通訊故障”、“機組無功功率測量故障”以及“機組有功功率測量故障”均作為退出全廠AVC功能的閉鎖條件。如此以來，大大的妨礙了日常檢修工作的開展。如單臺機組檢修、更換單臺機組功率變送器等，勢必將影響到正常發(fā)電機組AVC功能的投入。

經與廠家技術人員協(xié)商，在紫坪鋪電廠上位機單元監(jiān)視圖中設置了“檢修投入/退出”按鈕，并對部分AGVC腳本程序進行相應修改，以優(yōu)化紫坪鋪電廠AVC功能。

當機組需要檢修且機組在停機時，可由運行人員對該按鈕進行操作，對檢修機組加以閉鎖，即當機組為檢修標記時不再判斷該機組LCU狀態(tài)，以保證其他機組AVC功能的正常投入。

4 結 語

一個手動調壓正常的電廠，在AVC功能投運后，勢必會出現諸多問題，這些問題涉及硬件、軟件、運行方式等等。一些以往被忽視問題將會重新引起重視，一些以往使用正常的設備將會暴露出新的問題。本文從維護角度對紫坪鋪電廠AVC功能進行了簡要介紹，對投入試運行后所碰到的一些典型問題加以說明，希望對已經投運AVC功能，或即將投入AVC功能的其他兄弟電廠有所幫助。

2009年1月14日，國家電力監(jiān)管委員會華中監(jiān)管局下發(fā)了《華中區(qū)域并網發(fā)電輔助服務管理實施細則(試行)》及《華中區(qū)域并網運行管理實施細則(試行)》(以下簡稱《兩個細則》)，《兩個細則》將自動發(fā)電控制(AGC)正式納入對發(fā)電企業(yè)的考核范圍。相信不久以后，自動電壓控制(AVC)也必將成為電網電壓調節(jié)的主要手段。

參考文獻：

[1] 余寧，閻應飛，王群，等.紫坪鋪水電廠 AVC調試試驗報告[R].成都：紫坪鋪水電廠，2009.

[2] 四川省電力公司調度中心，四川省電力公司通信自動化中心.四川電網自動電壓控制系統(tǒng)(AVC)功能規(guī)范[S].2008(4).

[3] 方輝欽.現代水電廠計算機監(jiān)控技術與試驗[M].北京：中國電力出版社，2004.