亭子口電站機(jī)組同期裝置的優(yōu)化改造

馮磊

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口電站機(jī)組同期裝置的優(yōu)化改造

馮磊

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口電站1～4號機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)原同期回路分為手準(zhǔn)和自準(zhǔn)回路（同期合閘和雙側(cè)無壓合閘），合閘出口回路串聯(lián)一個(gè)同步檢查閉鎖繼電器。自投產(chǎn)以來，先后多次發(fā)生由于同步檢查閉鎖繼電器接點(diǎn)動(dòng)作不可靠造成同期并網(wǎng)不成功；且同期裝置存在硬件故障缺陷，使裝置內(nèi)部接點(diǎn)誤開出；監(jiān)控系統(tǒng)PLC的復(fù)歸“投PT信號”指令、復(fù)歸“啟動(dòng)同期”指令流程不合理；在機(jī)組同期并網(wǎng)過程中，調(diào)速器系統(tǒng)不接受同期裝置下發(fā)的增速或減速等調(diào)頻指令，造成同期裝置采集到的頻差信號不滿足合閘條件，導(dǎo)致機(jī)組并網(wǎng)過程很慢或并網(wǎng)超時(shí)流程退出等現(xiàn)象；針對以上存在的問題對其同期裝置硬件和軟件進(jìn)行優(yōu)化改造、對調(diào)速器并網(wǎng)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，使問題得以徹底解決。

同期裝置；監(jiān)控系統(tǒng)；硬件故障；并網(wǎng)邏輯

0　引言

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，是以防洪、發(fā)電及城鄉(xiāng)供水、灌溉為主，兼顧航運(yùn)以及攔沙減淤等其他綜合利用工程。

1～4號機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)原同期裝置采用南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的型號為SJ-12D系列產(chǎn)品，同步檢查閉鎖繼電器采用許繼生產(chǎn)的DT-1/200產(chǎn)品，其同期回路分為手準(zhǔn)和自準(zhǔn)回路（同期合閘和雙側(cè)無壓合閘），合閘出口回路串聯(lián)一個(gè)同步檢查閉鎖繼電器。當(dāng)監(jiān)控發(fā)同期合閘令后，檢測裝置是在自準(zhǔn)方式和裝置正常后，啟動(dòng)投PT，延時(shí)3 s，啟動(dòng)同期，在3min內(nèi)，同期裝置檢測頻差、壓差、相位差及同步檢查閉鎖繼電器閉鎖角在20°范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)出合閘脈沖至合閘回路，當(dāng)出口斷路器合閘成功后，復(fù)歸投PT和復(fù)歸啟動(dòng)同期。如出口斷路器合閘不成功或同期失敗時(shí)，在報(bào)警的同時(shí)，復(fù)歸投PT和復(fù)歸啟動(dòng)同期，流程退出。

1　同期系統(tǒng)存在的問題及原因分析

亭子口公司1～4號機(jī)組同期裝置采用差頻并網(wǎng)方式，在機(jī)組同期并網(wǎng)過程中，多次發(fā)生由于硬件故障或軟件故障引起同期并網(wǎng)失敗，流程退出，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。主要問題如下：

（1）自投產(chǎn)以來，先后多次發(fā)生同期并網(wǎng)不成功，經(jīng)檢查均為同步檢查閉鎖繼電器接點(diǎn)動(dòng)作不可靠造成。

（2）在2014年7月28日，因同期裝置原因造成4號發(fā)電機(jī)出口斷路器兩次非正常合閘，經(jīng)檢查該型號自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置存在硬件故障缺陷[1]，使裝置內(nèi)部接點(diǎn)誤開出。同時(shí)了解到該同期裝置在國內(nèi)電力行業(yè)內(nèi)其他電廠使用也發(fā)生過類似問題。

（3）通過檢查分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)PLC的復(fù)歸“投PT信號”指令、復(fù)歸“啟動(dòng)同期”指令流程不合理。

（4）機(jī)組在并網(wǎng)時(shí)同期裝置采用差頻并網(wǎng)方式，調(diào)速器在其控制狀態(tài)下的控制方式為跟蹤頻率給定（即：比較調(diào)速器內(nèi)部的頻率給定和機(jī)組當(dāng)前頻率的差值并通過PID計(jì)算控制導(dǎo)葉開度，使機(jī)組頻率一直穩(wěn)定在頻率給定值附近波動(dòng)），在機(jī)組同期并網(wǎng)過程中，調(diào)速器系統(tǒng)不接收同期裝置下發(fā)的增速或減速等調(diào)頻指令，造成發(fā)電機(jī)頻率和電網(wǎng)頻率基本一致，相角差在0～360°之間隨機(jī)出現(xiàn)并非常緩慢變動(dòng)，同期裝置并網(wǎng)緩慢或者同期裝置有一定概率（約50%）因不能在監(jiān)控系統(tǒng)流程規(guī)定時(shí)間之內(nèi)捕捉到合閘角度（相角差0°附近）而終止并網(wǎng)。

2　改造和優(yōu)化

針對機(jī)組同期裝置在運(yùn)行過程中存在的問題，結(jié)合亭子口水利樞紐實(shí)際情況，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。

2.1同期裝置改造和優(yōu)化

（1）對機(jī)組同期裝置進(jìn)行改造換型，經(jīng)過調(diào)研采用深圳國立智能生產(chǎn)的SID-2FY智能復(fù)用型同期裝置和SID-2SL-A微機(jī)多功能同步表。該裝置為深圳國立智能第九代同期裝置產(chǎn)品，既可用于發(fā)電機(jī)差頻并網(wǎng)，又可用于線路差頻和同頻并網(wǎng)。裝置具有自動(dòng)識別并列點(diǎn)并網(wǎng)性質(zhì)的功能，即能自動(dòng)識別當(dāng)前是差頻并網(wǎng)還是同頻并網(wǎng)，精確地在相角差為0°時(shí)完成無沖擊并網(wǎng)。在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程中，按模糊控制理論的算法，對機(jī)組頻率及電壓進(jìn)行自動(dòng)控制，確保最快最平穩(wěn)地使頻差及壓差進(jìn)入整定范圍，實(shí)現(xiàn)更為快速的并網(wǎng)，同時(shí)一旦發(fā)生硬件故障，立即閉鎖裝置，防止裝置誤開出的可能，并報(bào)告故障原因便于維護(hù)。

（2）在機(jī)組同期合閘出口回路串聯(lián)一個(gè)SID-2SL-A微機(jī)多功能同步表，該裝置集同步表和同步檢查閉鎖繼電器于一體，具有手動(dòng)同期相位角指示及手動(dòng)同期和自動(dòng)同期同期閉鎖功能。每個(gè)并列點(diǎn)可單獨(dú)設(shè)置允許壓差、允許頻差。當(dāng)電壓差或頻率差超過允許值時(shí)，閉鎖繼電器自動(dòng)閉鎖合閘回路。還實(shí)現(xiàn)了對壓差、頻差、相角差及功角的四重閉鎖[2]，確保自動(dòng)同期操作的絕對安全，但它不是同期裝置，不具備實(shí)現(xiàn)差頻同期時(shí)捕捉零相角差合閘的功能。

（3）對機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序進(jìn)行優(yōu)化。自準(zhǔn)同期回路同期合閘時(shí)，裝置進(jìn)入同期工作狀態(tài)后，首先進(jìn)行裝置自檢，如果自檢不通過，裝置報(bào)警并進(jìn)入閉鎖裝置，自檢通過后裝置對輸入量進(jìn)行檢查，如果輸入量正常，輸出“就緒”信號，投PT信號使裝置上電，延時(shí)6 s判同期裝置正常（如裝置故障同時(shí)自動(dòng)開出2 s脈沖遠(yuǎn)方復(fù)位命令復(fù)歸故障信號），啟動(dòng)同期（3 s脈沖），裝置會檢測頻差、壓差、相位差在設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)出合閘脈沖至合閘回路（合閘回路串合閘繼電器2對常開接點(diǎn)和微機(jī)多功能同步表），當(dāng)出口斷路器合閘成功后，延時(shí)10 s復(fù)歸投PT（裝置掉電）。如出口斷路器合閘不成功或同期失敗時(shí)，在報(bào)警的同時(shí)，延時(shí)10s復(fù)歸投PT（裝置掉電），流程退出。

（4）單側(cè)或雙側(cè)無壓合閘時(shí)，先現(xiàn)地?zé)o壓切換把手置“單側(cè)”或“雙側(cè)”位，再投PT信號使裝置上電，延時(shí)6 s判同期裝置正常（如裝置故障同時(shí)自動(dòng)開出2 s脈沖遠(yuǎn)方復(fù)位命令復(fù)歸故障信號），啟動(dòng)同期（3 s脈沖），裝置會檢測頻差、壓差、相位差在設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，閉鎖繼電器一直導(dǎo)通，發(fā)出合閘脈沖至合閘回路（合閘回路串合閘繼電器2對常開接點(diǎn)和微機(jī)多功能同步表），當(dāng)出口斷路器合閘成功后，延時(shí)10 s復(fù)歸投PT（裝置掉電）。如出口斷路器合閘不成功或同期失敗時(shí)，在報(bào)警的同時(shí)，延時(shí)10 s復(fù)歸投PT（裝置掉電），流程退出。

2.2同期裝置與調(diào)速器并網(wǎng)邏輯改造和優(yōu)化

（1）在機(jī)組進(jìn)行同期并網(wǎng)發(fā)電操作時(shí)，調(diào)速器頻率給定方式由頻給模擬量方式自動(dòng)切換為頻給脈沖方式（“空載態(tài)”AND“自動(dòng)”AND“遠(yuǎn)方”AND“頻給脈沖方式”），可接收同期裝置給出的增/減速脈沖命令，并根據(jù)所接收到脈沖命令來調(diào)節(jié)調(diào)速器的頻率給定[3]。為防止過速等異?，F(xiàn)象，根據(jù)調(diào)速器最小識別脈寬（10ms，對應(yīng)0.001Hz），對頻給脈沖方式下的頻率給定進(jìn)行限幅，即頻率給定最小值為49.5Hz，最大值為50.5Hz。

（2）在調(diào)速器退出空載模式（停機(jī)或發(fā)電）或進(jìn)入空載模式的第1個(gè)周期及程序初始化和不滿足條件時(shí)，為避免頻率給定不當(dāng)，造成調(diào)速器非正常動(dòng)作，將調(diào)速器頻率給定賦值為機(jī)組額定頻率。

（3）針對機(jī)組檢修完成需進(jìn)行擾動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，不能在“頻給脈沖方式”下進(jìn)行試驗(yàn)，需要在“頻給模擬量方式”，可通過觸摸屏選擇頻給模擬量方式，再直接修改頻率給定值，此方法主要用于空載擾動(dòng)試驗(yàn)，此時(shí)頻率給定最小值為45 Hz，最大值為55 Hz，試驗(yàn)完成后需恢復(fù)至頻給脈沖方式。

3　改造后效果

針對以上機(jī)組同期裝置改造及調(diào)速器并網(wǎng)邏輯優(yōu)化的改進(jìn)方案，目前已全部實(shí)施完成，達(dá)到的效果如下：

（1）由于同步檢查閉鎖繼電器的工藝質(zhì)量問題經(jīng)常引起接點(diǎn)氧化，使絕緣電阻增大，導(dǎo)致接點(diǎn)動(dòng)作不可靠，開機(jī)失敗，選用SID-2SL-A微機(jī)多功能同步表后，未發(fā)生一起因同步檢查閉鎖繼電器接點(diǎn)不可靠而引起的開機(jī)不成功，提高了機(jī)組開機(jī)成功率。

（2）對機(jī)組同期裝置硬件改造換型和軟件優(yōu)化后，未發(fā)生由于同期裝置內(nèi)部硬件問題引起開機(jī)失敗和非正常合閘事件，未發(fā)生由于機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)PLC軟件問題引起開機(jī)失敗和非正常合閘事件，提高了設(shè)備可靠性和開機(jī)成功率。

（3）對機(jī)組調(diào)速器并網(wǎng)控制邏輯進(jìn)行程序優(yōu)化后，未發(fā)生由于同期裝置與調(diào)速器在并網(wǎng)過程中的配合問題引起的并網(wǎng)超時(shí)現(xiàn)象，提高了機(jī)組并網(wǎng)的快速性和準(zhǔn)確性。

4　結(jié)論

通過對1～4號機(jī)組同期裝置的改造和優(yōu)化，提高了機(jī)組自動(dòng)開機(jī)成功率，減少了水能損失，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)的快速性和準(zhǔn)確性，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]董占旺，王亞君，田振宙，等.SID-2M微機(jī)同期裝置的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2003，21（S1）：122-123.

[2]肖華賓.微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置在大中型發(fā)電廠中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)探討 [C]//全國電廠電氣專業(yè)技術(shù)交流研討會，2008.

[3]周二保.微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的運(yùn)行分析與技術(shù)發(fā)展探討[J].水電廠自動(dòng)化，2002（2）：17-20.

TV736

B

1672-5387（2016）11-0028-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.009

2016-07-28

馮磊（1982-），男，工程師，從事設(shè)備管理和維護(hù)工作。