水電機組AGC單機直控方式應(yīng)用研究

黃志力

摘 要：新豐江電廠自動發(fā)電控制（AGC）自投入運行以來，水電機組其啟動、調(diào)節(jié)迅速，是當(dāng)時廣東電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰主力廠，對穩(wěn)定電網(wǎng)頻率、電壓起了良好作用，有效提高廣東電網(wǎng)的電能質(zhì)量。但是，因為主要擔(dān)任調(diào)頻調(diào)峰任務(wù)，需要水電機組的負(fù)荷的頻繁調(diào)節(jié)以及長時間旋轉(zhuǎn)備用運行，從而使得電氣設(shè)備和輔助設(shè)備的磨損以及機組耗水率都大幅增加，不但影響水電機組長期經(jīng)濟(jì)、安全運行，而且也使機組檢修成本大幅增加。

關(guān)鍵詞：自動發(fā)電控制；水電機組

中圖分類號：TV734.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0097-01

1 全廠AGC負(fù)荷控制模式（給定全廠總功率方式）

帶來的問題

1.1 在AGC運行調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，多臺機組長時間帶部分負(fù) 荷運行

經(jīng)統(tǒng)計，機組調(diào)峰調(diào)頻時間一般在工廠上下班前后出現(xiàn)高峰，為了減少機組啟停及快速調(diào)節(jié)負(fù)荷，機組在負(fù)荷低于40 MW的低負(fù)荷區(qū)運行時間長，四臺機組旋轉(zhuǎn)備用運行時間占運行時間的四分之三，導(dǎo)致單位電能耗水率增大。

1.2 負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度大，調(diào)節(jié)速率大，常常使機組穿越或處 于振動區(qū)內(nèi)運行

機組并網(wǎng)后從額定負(fù)荷至空載，從空載至額定負(fù)荷的調(diào)節(jié)時間較多，從有功曲線統(tǒng)計，平均每天調(diào)節(jié)約180次/日，調(diào)節(jié)次數(shù)最多可達(dá)250次/日，大幅度調(diào)節(jié)（從20 MW到300 MW）占三分之一，最大調(diào)節(jié)速率約50 MW/min。另外，我廠機組AGC運行調(diào)節(jié)范圍為0～30 MW和50～85 MW ，由于調(diào)節(jié)死區(qū)的存在，在上調(diào)節(jié)時，機組經(jīng)常帶45 MW負(fù)荷運行，調(diào)節(jié)死區(qū)導(dǎo)致下調(diào)節(jié)時，機組經(jīng)常帶35 MW負(fù)荷運行，即進(jìn)入振動區(qū)。經(jīng)統(tǒng)計，一天內(nèi)，機組穿越振東區(qū)少則151次，多則250次，在振東區(qū)時間從32～61.5 min之多。

頻繁調(diào)節(jié)、穿越振東區(qū)及在振東區(qū)運行導(dǎo)致：①水輪機接力器密封磨損損壞，漏油頻繁。②調(diào)速環(huán)抗磨塊磨損嚴(yán)重，在日常的維護(hù)中，結(jié)合機組的低谷消缺機會，給抗磨塊加注潤滑油，增加了設(shè)備的維護(hù)工作量。③導(dǎo)水機構(gòu)半圓鍵竄起、錯位頻繁，雙連臂銷釘轉(zhuǎn)動、下沉。④導(dǎo)水葉套筒密封盤根磨損損壞，漏水嚴(yán)重，導(dǎo)水葉套筒密封圈過度磨損后斷裂，造成大量漏水。一次小修更換了14只套筒L型密封圈。換下來的L型密封圈已磨穿、撕裂、掉塊。⑤頻繁調(diào)節(jié)，導(dǎo)致水輪葉片汽蝕嚴(yán)重，并產(chǎn)生裂紋。⑥頻繁調(diào)節(jié)，導(dǎo)致基礎(chǔ)環(huán)空蝕嚴(yán)重，經(jīng)常要灌漿。

1.3 負(fù)荷頻繁調(diào)節(jié)，輔助設(shè)備運行壓力增大

由于機組負(fù)荷不斷地變化，機組的壓油泵由原來帶固定負(fù)荷一天啟動5次增加到啟動95次。由于接力器動作頻繁，密封磨損塊，漏油量增大，導(dǎo)致漏油泵啟動次數(shù)也大幅增加。

經(jīng)以上統(tǒng)計分析， AGC功能投運后，過于頻繁的負(fù)荷調(diào)節(jié)，使水輪機接力器、導(dǎo)水機構(gòu)相關(guān)部件故障增加，出現(xiàn)漏水、漏油、漏氣現(xiàn)象嚴(yán)重，尾水管、基礎(chǔ)環(huán)、轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴(yán)重，轉(zhuǎn)輪葉片發(fā)生裂紋明顯高于以往幾年。使得檢修成本大幅增加。

2 單機AGC負(fù)荷控制模式

在進(jìn)行了AGC方式下對機組運行的綜合影響分析后，提出采用單機AGC直控方式，采用這種方式可以從調(diào)度側(cè)解決機組過于頻繁開啟、調(diào)節(jié)和在45%以下長期運行的問題。

2.1 增加單機AGC負(fù)荷控制模式設(shè)計原則及控制示意圖

原有全廠AGC功能必須保留，保證隨時可進(jìn)行切換，以免在單機AGC負(fù)荷調(diào)度故障的時可切換到全廠AGC模式，增加AGC可靠性；調(diào)度中心與電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)保持原有104、101通訊方式，增加模式切換及安全校核策略：機組不可調(diào)（具體包括機組非發(fā)電態(tài)或調(diào)速器非自動方式，或有功PID調(diào)節(jié)未投入），退單機AGC；機組LCU故障（具體包括LCU與主機通訊中斷或機組有功測量源故障），退單機組AGC。

在保證使原有調(diào)度通信系統(tǒng)不發(fā)生變化前提下，要符合南方電網(wǎng)《中國南方電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）調(diào)度管理規(guī)程》要求；單機AGC負(fù)荷控制模式控制策略必須滿足調(diào)度系統(tǒng)《中國南方電網(wǎng)自動發(fā)電控制AGC技術(shù)規(guī)范》、《廣東電網(wǎng)自動發(fā)電控制運行管理規(guī)定》相關(guān)要求和規(guī)定，系統(tǒng)實時維護(hù)和軟硬件調(diào)整不影響現(xiàn)有設(shè)備的正常運行工作，該系統(tǒng)處理速度及與現(xiàn)有設(shè)備通信速率等綜合處理實時響應(yīng)時間不影響電網(wǎng)對AGC調(diào)節(jié)響應(yīng)要求；單機AGC負(fù)荷控制模式須性能穩(wěn)定可靠，必須滿足電力二次安全防護(hù)規(guī)定。

單機負(fù)荷控制模式指調(diào)度對每臺（共四臺）機組單獨下發(fā)負(fù)荷值進(jìn)行控制，相當(dāng)于將新豐江的四臺機組等效于四個電廠進(jìn)行負(fù)荷設(shè)置，如圖1所示。

為使單機AGC控制得到實現(xiàn)，電廠側(cè)需修改AGC接口程序、通信程序、AGC運行監(jiān)視畫面，修改PQ調(diào)節(jié)程序，以實現(xiàn)單機直控的閉環(huán)調(diào)節(jié)，如圖2所示。

3 單機AGC直控方式應(yīng)用情況

根據(jù)新豐江廠這幾年全年機組運行情況統(tǒng)計情況表及各季度運行情況統(tǒng)計表，總結(jié)如下：

①新豐江廠四臺機組運行于50 MW以上的時間占總運行時間的92%以上，即該區(qū)間全廠出力在200 MW以上。

②新豐江廠四臺機組全年運行于30～50 MW振動區(qū)的時間較短，單機全年不超96 h，基本屬于加減負(fù)荷過程的穿越時間。

③新豐江廠四臺機組全年單機低負(fù)荷區(qū)運行時間不超過179 h，滿足水輪機行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的單機年度低負(fù)荷區(qū)（0～ 30 MW）運行時間低于500 h的要求。

④新豐江廠機組全年及各季度運行于低負(fù)荷及振動區(qū)的時間較短，90%以上時間運行于高負(fù)荷區(qū)，能滿足新豐江廠機組安全運行要求。

4 結(jié) 語

自2013年第二季度新豐江廠單機AGC控制模式投運以來，新豐江廠機組運行工況明顯改善。同時，新豐江廠全年單機低負(fù)荷區(qū)運行時間不超過179 h，滿足水輪機行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，單臺機組年度低負(fù)荷區(qū)（0～30 MW）運行時間低于500 h的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王偉.AGC在水電廠運行中的優(yōu)化和應(yīng)用研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2014.

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