水電站微機(jī)調(diào)速器跟蹤功能缺陷處理

周宏偉，余建軍

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川 都江堰 611830)

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水電站微機(jī)調(diào)速器跟蹤功能缺陷處理

周宏偉，余建軍

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川 都江堰 611830)

小型水電站微機(jī)調(diào)速器的網(wǎng)頻跟蹤功能和微機(jī)勵(lì)磁裝置的網(wǎng)壓跟蹤功能在特殊情況下會(huì)造成機(jī)組過速和過電壓保護(hù)動(dòng)作而引起事故停機(jī)，并可能帶來廠用電中斷的嚴(yán)重后患，針對(duì)上述缺陷提出了具體處理方案。圖1幅。

小水電站；調(diào)速器；勵(lì)磁裝置；網(wǎng)頻跟蹤；網(wǎng)壓跟蹤；處理

1 水輪發(fā)電機(jī)組的過速保護(hù)

為保證水電站的安全運(yùn)行，我們?yōu)樗娬镜乃啺l(fā)電機(jī)組設(shè)置了若干機(jī)械保護(hù)，其中就包括過速保護(hù)。過速保護(hù)的整定值為1.4ne(ne為機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速)，機(jī)組運(yùn)行過程中當(dāng)轉(zhuǎn)速信號(hào)器檢測(cè)到機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到此值時(shí)，發(fā)機(jī)組緊急停機(jī)命令，作用于跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器，并滅磁、停機(jī)，同時(shí)還關(guān)閉機(jī)組前主閥或前池閘門。

機(jī)組的過速保護(hù)往往是因機(jī)組遇突然甩負(fù)荷而調(diào)速器來不及關(guān)閉導(dǎo)葉而使其動(dòng)作。采用微機(jī)自動(dòng)調(diào)速器的水電站在調(diào)速器和機(jī)組調(diào)試中均要求機(jī)組在甩100%負(fù)荷時(shí)，調(diào)速器能夠可靠控制機(jī)組導(dǎo)葉使其關(guān)回空載位置，經(jīng)幾次減幅振蕩后機(jī)組頻率穩(wěn)定于額定頻率；除非導(dǎo)葉關(guān)閉受阻，或者調(diào)速器關(guān)機(jī)時(shí)間設(shè)定失誤過長(zhǎng)才會(huì)導(dǎo)致機(jī)組過速保護(hù)動(dòng)作。

2 跟蹤功能的缺陷

近年來，微機(jī)調(diào)速器在水電站大量使用，其具有反應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)可靠方便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)而得到業(yè)界普遍肯定。微機(jī)調(diào)速器有一種自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻功能，在機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)同步并列時(shí)讓待并機(jī)組自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)頻率，對(duì)加快機(jī)組并列過程確實(shí)取得了很好的效果；但就是這個(gè)自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻功能的一個(gè)小小漏洞，卻可能造成一場(chǎng)不小的麻煩。

圖1 某小型水電站電氣主接線示意

圖1為某小型水電站的電氣主接線(見圖1)，以1號(hào)發(fā)電機(jī)組1G為例，其配套的微機(jī)調(diào)速器采用殘壓測(cè)頻的方式，即機(jī)組本身(待并機(jī))的測(cè)頻電壓取自機(jī)端電壓互感器TV1，而自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)頻率的測(cè)頻電壓取自發(fā)電機(jī)6.3 kV母線電壓互感器TV2。機(jī)組正常開機(jī)并列時(shí)系統(tǒng)(母線)電壓、頻率正常，待并機(jī)在調(diào)速器自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻功能下迅速調(diào)整本機(jī)頻率，自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地并入系統(tǒng)。正常運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)如因故保護(hù)動(dòng)作跳閘，此時(shí)系統(tǒng)電壓的頻率仍然正常，機(jī)端電壓頻率隨發(fā)電機(jī)斷路器跳閘而迅速增高，調(diào)速器檢測(cè)到機(jī)頻和網(wǎng)頻有較大偏差，依靠自身調(diào)節(jié)性能能夠快速將機(jī)組關(guān)到空載額定頻率，有效防止機(jī)組過速。

調(diào)試過程中做發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)一般也是在發(fā)電機(jī)出口斷路器手動(dòng)分閘來模擬事故，此時(shí)調(diào)速器如上述只要檢測(cè)到機(jī)頻和網(wǎng)頻有偏差均能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。然而一旦系統(tǒng)因故解列(上網(wǎng)線路對(duì)側(cè)斷路器跳閘或本站QF4跳閘)，或者上網(wǎng)線路斷路器QF4因故障跳閘而發(fā)電機(jī)出口斷路器QF1并未跳閘，則調(diào)速器所測(cè)機(jī)頻TV1處、網(wǎng)頻TV2處均同是發(fā)電機(jī)電壓。當(dāng)外界突甩負(fù)荷時(shí)調(diào)速器感受到的作為調(diào)節(jié)基準(zhǔn)的“網(wǎng)頻”電壓由于與發(fā)電機(jī)是同一電壓，頻率也相應(yīng)同時(shí)上升，網(wǎng)頻和機(jī)頻之間并無“頻差”。故調(diào)速器不會(huì)關(guān)小導(dǎo)葉，調(diào)速器優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能反而讓機(jī)組密切的跟蹤“網(wǎng)頻”，力圖使發(fā)電機(jī)頻率與“系統(tǒng)”保持一致從而繼續(xù)開大導(dǎo)葉，最后導(dǎo)致該機(jī)組頻率超過140%ne而緊急事故停機(jī)保護(hù)動(dòng)作。此種分析也適用于2號(hào)發(fā)電機(jī)組2G。

與系統(tǒng)并列運(yùn)行的水電站因系統(tǒng)解列或者上網(wǎng)線路開關(guān)因故跳閘，對(duì)機(jī)組來說均為突甩負(fù)荷，應(yīng)由調(diào)速器調(diào)節(jié)性能保證機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)回空載位置，保證機(jī)組維持空載額定電壓，帶廠用電負(fù)荷，維持水電站廠用電系統(tǒng)正常工作。待系統(tǒng)恢復(fù)，線路出口斷路器一合閘即可向外送電，而不應(yīng)該由于自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻發(fā)展成機(jī)組過速，造成過速保護(hù)動(dòng)作緊急停機(jī)的結(jié)果。

遠(yuǎn)方斷路器跳閘后調(diào)速器的作用是關(guān)閉導(dǎo)葉，是使機(jī)組保持空載額定電壓；而如果是過速保護(hù)動(dòng)作緊急事故停機(jī)，則調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作強(qiáng)行完全關(guān)閉導(dǎo)葉使機(jī)組完全停下來且前池閘門落下，并且還要滅磁；這是兩種完全不同的結(jié)果。若后者發(fā)生于汛期雷雨時(shí)刻(汛期雷雨時(shí)刻系統(tǒng)常常發(fā)生解列事故)，緊急停機(jī)使前池閘門落下機(jī)組不能發(fā)電也不能泄水；系統(tǒng)解列又不能倒送電保證廠用電，導(dǎo)致全廠廠用電中斷，取水口泄洪閘門和前池閘門均不能提起，前池閘門不能提起則不能緊急開機(jī)恢復(fù)廠用電，汛期中斷發(fā)電時(shí)取水口泄洪閘門不能提起可能出現(xiàn)非常危險(xiǎn)的后果，甚至可能引起嚴(yán)重的堤壩潰決的重大災(zāi)難，應(yīng)引起各水電站密切注意。

以上過速現(xiàn)象的分析也適用于勵(lì)磁裝置的自動(dòng)跟蹤網(wǎng)壓造成的過電壓現(xiàn)象，此處不贅述。

3 處理方案

(1)建議在微機(jī)調(diào)速器編制程序時(shí)，在自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻時(shí)加入機(jī)組115%ne的限制條件，即機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到115%ne時(shí)不再跟蹤網(wǎng)頻而轉(zhuǎn)自動(dòng)將機(jī)組關(guān)回空載，保持空載額定頻率和額定電壓即可。

(2)可在發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)功率變送器，測(cè)量本電站輸出功率，當(dāng)輸出功率突變達(dá)到一定值時(shí)，可直接作用機(jī)組調(diào)速器轉(zhuǎn)小網(wǎng)運(yùn)行方式運(yùn)行；當(dāng)功率突變量很大時(shí)可直接作用調(diào)速器關(guān)閉導(dǎo)葉至空載，保證機(jī)組維持空載額定轉(zhuǎn)速、額定電壓運(yùn)行而不作用事故停機(jī)。若電站為微機(jī)保護(hù)，可直接利用線路微機(jī)保護(hù)的功率保護(hù)動(dòng)作后直接啟動(dòng)調(diào)速器進(jìn)行前述動(dòng)作而不必再裝設(shè)功率變送器。

(3)上述針對(duì)微機(jī)調(diào)速器自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻的功能可能在系統(tǒng)解列時(shí)引起不必要的機(jī)組過速保護(hù)動(dòng)作的后果。同樣的道理，微機(jī)型勵(lì)磁裝置的自動(dòng)跟蹤網(wǎng)壓功能在系統(tǒng)解列或者遠(yuǎn)方跳閘時(shí)不能使發(fā)電機(jī)關(guān)回空載額定電壓狀態(tài)，而是可能造成發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)動(dòng)作而引起事故停機(jī)，同樣會(huì)造成廠用電中斷。

(4)近年很多小型農(nóng)村水電站進(jìn)行了增效擴(kuò)容改造，普遍采用了微機(jī)調(diào)速器和微機(jī)勵(lì)磁裝置，調(diào)試時(shí)用機(jī)組出口斷路器跳閘模擬機(jī)組解列事故調(diào)速器和勵(lì)磁裝置一般都能使機(jī)組從滿載運(yùn)行狀態(tài)迅速關(guān)回空載額定電壓狀態(tài)，這樣人們就誤認(rèn)為調(diào)速器和勵(lì)磁裝置調(diào)節(jié)性能滿足要求了。投運(yùn)不久遇到上述系統(tǒng)解列或者遠(yuǎn)方斷路器跳閘發(fā)生發(fā)電機(jī)過速或者過壓保護(hù)莫名其妙的動(dòng)作往往就是這種原因，要請(qǐng)調(diào)速器和勵(lì)磁裝置生產(chǎn)廠家按照上述辦法進(jìn)行整改可解決此問題。

責(zé)任編輯 吳 昊

2016-08-30

周宏偉(1965-)，女，副教授，主要從事水利專業(yè)課程的教學(xué)工作。 E_mail：656285682@qq.com