亭子口水電站調(diào)速器負(fù)荷波動(dòng)分析與處理

李宏博

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

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亭子口水電站調(diào)速器負(fù)荷波動(dòng)分析與處理

李宏博

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

根據(jù)亭子口水電站機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)的機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行分析，從各項(xiàng)檢查中逐步排除引起負(fù)荷波動(dòng)的原因并進(jìn)行處理，改善了調(diào)速器調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。

調(diào)速器 負(fù)荷波動(dòng) 調(diào)速器調(diào)節(jié) 開度模式 亭子口水電站 原因分析 處理措施

1 概述

亭子口水電站混流式機(jī)組裝機(jī)容量4×275MW，使用的是能事達(dá)公司MGC4000系列調(diào)速器，該套系統(tǒng)采用了高性能雙微機(jī)調(diào)節(jié)器作為控制核心，為A套控制伺服電機(jī)B套控制伺服比例閥的雙調(diào)節(jié)型調(diào)速器。調(diào)速器采用頻率模式及開度模式運(yùn)行，在開機(jī)過程中采用頻率模式，自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)頻率的穩(wěn)定；并網(wǎng)后采用開度模式，根據(jù)監(jiān)控下發(fā)調(diào)節(jié)指令相互配合進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。

3號(hào)機(jī)組于2014年3月16日21∶36帶25萬最大負(fù)荷進(jìn)入72h試運(yùn)行，3月19日22∶27監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)機(jī)組調(diào)整負(fù)荷為200MW，負(fù)荷波動(dòng)較大，為190MW～210MW，調(diào)速器油泵不足2min啟動(dòng)一次，現(xiàn)地檢查3號(hào)機(jī)組接力器往復(fù)動(dòng)作頻繁。調(diào)整3號(hào)機(jī)組負(fù)荷至180MW現(xiàn)象一致；負(fù)荷為3MW時(shí)，機(jī)組調(diào)速器接力器無明顯波動(dòng)，壓油罐壓力恢復(fù)正常。在該次負(fù)荷波動(dòng)發(fā)生后一周時(shí)間內(nèi)，該機(jī)組在運(yùn)行調(diào)節(jié)過程中還多次發(fā)生波動(dòng)現(xiàn)象。針對(duì)以上情況，維護(hù)人員對(duì)3號(hào)機(jī)進(jìn)行了200MW→220MW→200MW負(fù)荷調(diào)整試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前水頭下，200MW的有功功率調(diào)整對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉開度值在6%～7%之間，在A套切B套，B套切A套，再切機(jī)手動(dòng)運(yùn)行過程中，未見導(dǎo)葉接力器來回抽動(dòng)，有功功率調(diào)節(jié)平滑，但發(fā)現(xiàn)主配壓閥有小幅抽動(dòng)現(xiàn)象。

圖1 負(fù)荷調(diào)整后出現(xiàn)的波動(dòng)截圖

2 原因分析

調(diào)速器處于自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)葉開度跟隨PID給定值變化，PID給定值出現(xiàn)波動(dòng)或者導(dǎo)葉接力器反饋出現(xiàn)波動(dòng)，都會(huì)引起調(diào)速器異常調(diào)節(jié)。算式如下：

Ypid=Yg+(Δf+bp(Y-Yg))(kp+ki+kd)

式中：Ypid——本周期PID給定值；Yg——開度給定值，由監(jiān)控增減命令進(jìn)行調(diào)整；Δf——機(jī)組頻率與額定頻率之差；Y——導(dǎo)葉開度反饋；kp——比例閥系數(shù)；ki——積分系數(shù)；kd——微分系數(shù)。

(1)PID控制參數(shù)(kp+ki+kd)設(shè)置不正確可能會(huì)導(dǎo)致該問題發(fā)生；

(2)Δf=f-fg，當(dāng)機(jī)組頻率相對(duì)于50Hz偏離較多時(shí)，調(diào)速器就會(huì)調(diào)整導(dǎo)葉接力器開度，以達(dá)到減緩機(jī)組頻率變化的目的。當(dāng)調(diào)速器處于開度模式調(diào)節(jié)時(shí)，且處于負(fù)載運(yùn)行時(shí)，只有機(jī)組頻率變化大于±0.2Hz之后，調(diào)速器才會(huì)調(diào)整導(dǎo)葉接力器。當(dāng)調(diào)速器處于負(fù)載且頻率模式運(yùn)行時(shí)，機(jī)組頻率只要不等于50Hz，調(diào)速器就會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以，當(dāng)頻率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)可能引起負(fù)荷波動(dòng)；

(3)Yg導(dǎo)葉開度給定值的變化。調(diào)速器獲得的開度給定值，在遠(yuǎn)方自動(dòng)方式下是根據(jù)監(jiān)控下發(fā)的增減脈沖在空載開度的基礎(chǔ)上累加而來。而監(jiān)控下發(fā)增減脈沖的依據(jù)，是功率給定和當(dāng)前有功功率反饋的差值通過脈寬調(diào)制程序運(yùn)算得來。如果監(jiān)控在某個(gè)區(qū)間連續(xù)下發(fā)調(diào)整令，調(diào)速器有可能按照其調(diào)整令往返調(diào)節(jié)。所以，監(jiān)控有功功率變送器出現(xiàn)波動(dòng)也會(huì)引起有功負(fù)荷波動(dòng)而頻繁調(diào)節(jié)；

(4)調(diào)速器本身的導(dǎo)葉反饋Y在機(jī)組有功處于200MW左右這個(gè)開度區(qū)間內(nèi)，位移傳感器不穩(wěn)定，會(huì)造成有功波動(dòng)；

(5)調(diào)速器A套伺服電機(jī)本身控制性能沒有調(diào)整好，調(diào)整過程中一直存在超調(diào)，也會(huì)造成導(dǎo)葉接力器往復(fù)波動(dòng)；

(6)調(diào)速器由A套切B套運(yùn)行，有功功率調(diào)節(jié)雖然平滑，但發(fā)現(xiàn)主配壓閥仍有小幅抽動(dòng)現(xiàn)象?？赡転楸壤y控制死區(qū)設(shè)置較小，靈敏度較高，造成主配有小幅抽動(dòng)。

3 檢查處理過程

針對(duì)以上分析有功波動(dòng)出現(xiàn)的故障原因，將安排時(shí)間逐一進(jìn)行排查處理。檢查思路：先排除是機(jī)械原因還是電氣原因，如果是機(jī)械原因則檢查整個(gè)機(jī)械液壓系統(tǒng)；如果是電氣原因則檢查是調(diào)速器內(nèi)部原因還是外部原因；如果是調(diào)速器內(nèi)部原因，則檢查是A機(jī)原因還是B機(jī)原因還是A、B機(jī)公共部分原因。具體如下：

(1)當(dāng)3號(hào)機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，將調(diào)速器切機(jī)手動(dòng)，檢查有功是否繼續(xù)波動(dòng)，如不波動(dòng)則排除機(jī)械原因，則繼續(xù)查找電氣原因。如果有功繼續(xù)波動(dòng)，則檢查機(jī)械液壓系統(tǒng)；

(2)如果為電氣原因，逐一進(jìn)行以下排查，對(duì)3號(hào)機(jī)調(diào)速器PID控制參數(shù)進(jìn)行核對(duì)，經(jīng)過檢查核對(duì)沒有運(yùn)維人員對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，所以(kp+ki+kd)為常數(shù)，不是誘發(fā)波動(dòng)的原因；

(3)當(dāng)3號(hào)機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，觀察記錄調(diào)速器觸摸屏上采樣到的機(jī)組頻率和系統(tǒng)頻率是否有波動(dòng)，同時(shí)觀察運(yùn)行模式是否由“開度模式”切為“頻率模式”。如系統(tǒng)頻率波動(dòng)大于0.2Hz，可能為系統(tǒng)引起。據(jù)運(yùn)行人員觀察，發(fā)現(xiàn)機(jī)組有功功率波動(dòng)時(shí)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，考慮到機(jī)組當(dāng)時(shí)并入的系統(tǒng)為大電網(wǎng)，系統(tǒng)頻率波動(dòng)一不會(huì)太大，二不會(huì)很快，所以系統(tǒng)頻率波動(dòng)引起的調(diào)速器調(diào)節(jié)可能性比較小。如果運(yùn)行模式由“開度模式”切為“頻率模式”，機(jī)組頻率只要不等于50Hz，調(diào)速器就會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過查看監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)，沒有發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)后2種模式進(jìn)行過切換，所以可以排除頻率偏差引起的負(fù)荷波動(dòng)；

(4)當(dāng)3號(hào)機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，需要觀察記錄監(jiān)控下發(fā)遠(yuǎn)方增減脈沖的次數(shù)是否在合理范圍。如果監(jiān)控在某個(gè)區(qū)間連續(xù)下發(fā)調(diào)整令，調(diào)速器有可能按照其調(diào)整令往返調(diào)節(jié)，造成負(fù)荷波動(dòng)；可在現(xiàn)地機(jī)組LCU屏柜上監(jiān)視增、減磁繼電器的指示燈是否頻閃；

(5)如果為調(diào)速器內(nèi)部原因，則逐一進(jìn)行以下排查：當(dāng)3號(hào)機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，觀察記錄調(diào)速器本身的導(dǎo)葉反饋Y在機(jī)組有功處于200MW左右這個(gè)開度區(qū)間內(nèi)，位移傳感器是否穩(wěn)定。如導(dǎo)葉反饋Y不穩(wěn)定會(huì)造成有功波動(dòng)，則需更換導(dǎo)葉位移傳感器，再重新定位。如導(dǎo)葉反饋Y穩(wěn)定，再檢查伺服電機(jī)本身控制性能是否完好，伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)是否正確設(shè)置，相關(guān)伺服電機(jī)控制接線是否正確。如果電機(jī)控制性能不合格，在調(diào)整過程中會(huì)一直存在超調(diào)，也會(huì)造成導(dǎo)葉接力器往復(fù)波動(dòng)；

(6)當(dāng)3號(hào)機(jī)組帶負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，將調(diào)速器切到B套比例閥通道主用運(yùn)行，觀察記錄機(jī)組有功功率調(diào)整情況。如果負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)，應(yīng)當(dāng)從A、B套兩個(gè)控制通道的公共信號(hào)部分，如主配壓閥、導(dǎo)葉接力器等控制信號(hào)進(jìn)行檢查。實(shí)際檢查發(fā)現(xiàn)，由A套切B套運(yùn)行，有功功率調(diào)節(jié)雖然平滑，但主配壓閥仍有小幅抽動(dòng)現(xiàn)象，可能原因?yàn)楸壤y控制死區(qū)設(shè)置較小，靈敏度較高，造成主配有小幅抽動(dòng)，需修改PLC內(nèi)部比例閥控制死區(qū)參數(shù)，再進(jìn)行試驗(yàn)選擇合理的最優(yōu)性能參數(shù)。

4 負(fù)荷波動(dòng)原因及處理

4.1 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤及試驗(yàn)得出結(jié)論，機(jī)組調(diào)節(jié)負(fù)荷波動(dòng)的原因，為監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)在調(diào)整負(fù)荷過程中相互之間的調(diào)節(jié)速率配合存在問題，造成超調(diào)現(xiàn)象。

4.2 機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)負(fù)荷過程中，主要的調(diào)節(jié)參數(shù)有：調(diào)節(jié)周期=6s，最大脈寬=1s，增功率最小脈寬=100ms，減功率最小脈寬=100ms。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)所需調(diào)整有功負(fù)荷的大小，計(jì)算需要調(diào)整脈寬值(范圍在100ms～1s之間)，再將此脈寬值下發(fā)至調(diào)速器，調(diào)速器再根據(jù)PLC程序中設(shè)置的調(diào)速器導(dǎo)葉開度，給定遠(yuǎn)方增減脈沖速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

調(diào)速器在遠(yuǎn)方自動(dòng)方式下調(diào)節(jié)參數(shù)有：調(diào)速器導(dǎo)葉開度給定遠(yuǎn)方增脈沖速率100ms對(duì)應(yīng)2.5%開度；調(diào)速器導(dǎo)葉開度給定遠(yuǎn)方減脈沖速率100ms對(duì)應(yīng)2.5%開度。

4.3 為使監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)相互之間的負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)能匹配合理，需要通過組合選擇不同參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)得出最佳參數(shù)。處理方法為：(1)修改監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)周期；或(2)修改監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)周期、調(diào)速器導(dǎo)葉開度，給定遠(yuǎn)方增減脈沖速率。

修改參數(shù)后，在各負(fù)荷下進(jìn)行大、小負(fù)荷調(diào)節(jié)試驗(yàn)，試驗(yàn)過程檢查是否存在負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)驗(yàn)證增減負(fù)荷是否滿足爬坡率。

5 結(jié)論

在找到引起負(fù)荷波動(dòng)的原因后，筆者全程參與了相應(yīng)的參數(shù)匹配及試驗(yàn)，調(diào)速器在開度模式運(yùn)行相同水頭下參數(shù)匹配后設(shè)備穩(wěn)定，在水頭發(fā)生變化后負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象仍存在，只能在各種不同水頭下分別進(jìn)行參數(shù)的匹配。根據(jù)查閱相應(yīng)的資料及廠家意見，在水頭變化較大的混流式機(jī)組控制中，采用功率模式的控制能改善因水頭引起的負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象。目前我廠4臺(tái)機(jī)組已進(jìn)行了功率模式改造，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，未曾出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象。

〔1〕魏守平.水輪機(jī)控制工程.武漢：華中科技大學(xué),2005.

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TK730.41

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2095-1809(2015)06-0022-03

李宏博(1986-)，男，廣西博白縣人，本科，助理工程師，從事自控設(shè)備維護(hù)工作。