水輪發(fā)電機組發(fā)電態(tài)判據(jù)優(yōu)化探討

劉云瀑 李建民

（國家電投五凌電力有限公司發(fā)電集控中心，湖南長沙410004）

0 引言

五凌電力發(fā)電集控中心成立于2010年3月，2010年11月第一個電廠接入集控，2014年12月公司所屬12個常規(guī)水電廠全部實行遠程集控，受控機組達54臺，受控容量466萬千瓦，是國內(nèi)實際控制電廠個數(shù)和機組臺數(shù)最多的遠程集控中心。集控電廠并網(wǎng)運行機組負荷的快速調(diào)整是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要保證，但各電廠機組發(fā)電態(tài)判據(jù)設(shè)置時沒有統(tǒng)一的標準，導致部分發(fā)電廠機組發(fā)電態(tài)判據(jù)設(shè)置不合理，已多次出現(xiàn)機組在并網(wǎng)運行時發(fā)電態(tài)條件不滿足而導致負荷無法調(diào)整的問題，影響了電廠及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行。

1 并網(wǎng)水輪發(fā)電機組發(fā)電態(tài)判據(jù)不滿足異常事件

以下列舉五凌集控所屬各水電廠近年來出現(xiàn)的因機組發(fā)電態(tài)判據(jù)部分條件不滿足，引起機組發(fā)電態(tài)復歸而導致的機組無法調(diào)整負荷等異常事件。

（1）2015年4月8日，集控遠程開托口電廠#4機過程中，機組并網(wǎng)正常，但監(jiān)控畫面顯示機組為過渡態(tài)，未到達發(fā)電態(tài)，集控遠程及現(xiàn)場增減負荷無效。

（2）2016年8月27日，托口電廠#2機并網(wǎng)后，因?qū)~空載位置信號未動作，負荷維持5 MW，機組無法到達發(fā)電態(tài)，負荷無法調(diào)整。

（3）2016年10月7日，白市電廠#2機并網(wǎng)1 s后，機組導葉空載以上信號復歸、導致發(fā)電態(tài)復歸，集控遠程及現(xiàn)場增減負荷無效。

（4）2017年2月20日，株溪口電廠#4機運行過程中，因機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne信號繼電器及底座故障，導致#4機機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne信號復歸，機組狀態(tài)變?yōu)椴欢☉B(tài)。

（5）2017年5月31日，三板溪電廠開#2機并網(wǎng)后，因發(fā)電機初始有功在2 MW左右波動，#2機在發(fā)電態(tài)和不定態(tài)之間切換，#2機無功功率和有功功率無法調(diào)整。

（6）2017年6月27日，三板溪電廠#2機運行過程中，AGC自動調(diào)節(jié)#2機負荷至0 MW，#2機在發(fā)電態(tài)與不定態(tài)間頻繁變化，集控無法調(diào)整#2機負荷（發(fā)電態(tài)復歸）。

（7）2017年8月20日，托口電廠#5機在運行狀態(tài)下，因機組轉(zhuǎn)速測量板被強電干擾，誤報機組轉(zhuǎn)速＜60%Ne信號動作，導致#5機發(fā)電態(tài)退出。

2 五凌集控所屬各水電廠發(fā)電態(tài)判據(jù)現(xiàn)狀

（1）三板溪電廠：GCB合、TCB合、導葉全關(guān)復歸、有功功率＞2 MW、FMK合；

（2）白市電廠：GCB合、TCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne、導葉空載以上位置、FMK合；

（3）托口大廠：GCB合、TCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉(zhuǎn)速＞90%Ne、導葉空載位置、FMK合；

（4）托口小廠：GCB合、TCB合、機組轉(zhuǎn)速＞90%Ne、導葉空載位置、FMK合；

（5）五強溪電廠：GCB合、TCB合、機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne、勵磁系統(tǒng)運行；

（6）碗米坡電廠：GCB合、TCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne、導葉全關(guān)復歸、FMK合；

（7）掛治電廠：GCB合、TCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne、FMK合；

（8）洪江電廠：GCB合、TCB合、機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne、FMK合、勵磁系統(tǒng)運行；

（9）東坪電廠：GCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne；

（10）株溪口電廠：GCB合、機端電壓＞80%Ue、機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne；

（11）近尾洲電廠：GCB合、機端電壓＞90%Ue、機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne、勵磁系統(tǒng)運行；

（12）凌津灘電廠：GCB合、TCB合、FMK合、風閘退出、導葉鎖錠拔出；

（13）馬跡塘電廠：GCB合、機組轉(zhuǎn)速＞95%Ne、導葉全關(guān)復歸、勵磁系統(tǒng)運行、軸承油泵氣泵投入、軸承油閥打開、軸承冷卻水閥打開。

3 機組發(fā)電態(tài)各判據(jù)分析

絕大多數(shù)電廠的發(fā)電態(tài)判據(jù)主要分為四類：第一類為開關(guān)類判據(jù)，主要包括GCB合閘、TCB合閘；第二類為功率及勵磁系統(tǒng)相關(guān)判據(jù)，主要包括機端電壓＞80%Ue、FMK合閘、勵磁系統(tǒng)運行、機組有功功率；第三類為機械位置反饋和轉(zhuǎn)速類判據(jù)，包括導葉位置、風閘、導葉鎖錠拔出、轉(zhuǎn)速＞95%Ne；第四類為主要輔機設(shè)備狀態(tài)類判據(jù)，包括軸承油泵氣泵投入、軸承油閥打開、軸承冷卻水閥打開等。

3.1 第一類：開關(guān)類判據(jù)

（1）GCB合（發(fā)電機出口開關(guān)合閘）：該判據(jù)為機組發(fā)電的最基本條件，建議保留。

（2）TCB合（主變高壓側(cè)開關(guān)合閘）：該判據(jù)為機組發(fā)電的最基本條件，雖然部分與系統(tǒng)連接相對薄弱的電廠，在系統(tǒng)有沖擊或惡劣天氣時，易發(fā)生線路跳閘和母線失壓故障，機組常有帶廠用電孤網(wǎng)運行的情況，但機組在孤網(wǎng)運行的時候調(diào)速器控制模式均為頻率控制，機組狀態(tài)不管是空載態(tài)還是發(fā)電態(tài)，都對其帶廠用電孤網(wǎng)運行沒有影響，建議保留。

3.2 第二類：功率及勵磁系統(tǒng)相關(guān)判據(jù)

（1）機端電壓＞80%Ue（或＞90%Ue）：機端電壓是勵磁系統(tǒng)投運后機組是否建壓正常的標志，是機組發(fā)電態(tài)的基本條件，建議保留。

（2）勵磁系統(tǒng)運行和FMK合閘：建議監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有機端電壓＞80%Ue（或＞90%Ue）狀態(tài)點的電廠，將機端電壓作為發(fā)電態(tài)判據(jù)；監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中未設(shè)機端電壓狀態(tài)點的電廠，可以用勵磁系統(tǒng)運行作為判據(jù)。而FMK合閘作為勵磁系統(tǒng)投運的一個條件，且機組均設(shè)置有失磁保護的情況下，建議剔除。

（3）機組有功功率：將有功功率大于某一數(shù)值列為發(fā)電態(tài)判據(jù)明顯不合理，且已出現(xiàn)異常影響，建議剔除。

3.3 第三類：機械位置反饋和轉(zhuǎn)速類判據(jù)

（1）轉(zhuǎn)速＞95%Ne（或＞90%Ne）：該判據(jù)可以判斷機組轉(zhuǎn)速是否滿足同期至發(fā)電態(tài)要求，所屬集控電廠出現(xiàn)的幾次機組轉(zhuǎn)速信號異常均是由于干擾引起轉(zhuǎn)速信號跳變，或信號繼電器及底座故障，故障率不高，但該判據(jù)一般是開機過程中機組轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時投入勵磁或投入同期的判據(jù)，對機組并網(wǎng)之后的狀態(tài)無直接影響，建議剔除。

（2）導葉位置：五凌集控所屬集控電廠個數(shù)較多，各電廠區(qū)別較大，有機組運行水頭高達150多米的混流式機組，也有運行水頭不足10 m的低水頭燈泡貫流式機組。

部分電廠運行水頭變化較大，導致其導葉空載開度變化較大，且存在如下問題：在水頭較低時確定的空載開度，在水頭升高后，可能需要機組帶一定的負荷才能達到；同樣，在水頭較高時確定的空載開度，在水頭降低后，可能機組還未達到額定轉(zhuǎn)速，導葉開度就已經(jīng)達到。導葉全關(guān)位置復歸信號不存在該問題，不過在已有機組轉(zhuǎn)速作為發(fā)電態(tài)判據(jù)且機組設(shè)置有逆功率保護的前提下，導葉開度判據(jù)已不是機組發(fā)電的必要條件。

建議：設(shè)有逆功率保護的機組將導葉開度判據(jù)從機組發(fā)電態(tài)判據(jù)中剔除；未設(shè)置逆功率保護的機組將導葉全關(guān)位置復歸信號作為發(fā)電態(tài)判據(jù)。

（3）風閘退出、導葉鎖錠拔出：正常情況下風閘和液壓鎖錠投入都是作為機組停機態(tài)判據(jù)的，而風閘退出和導葉鎖錠拔出信號都是機組開機流程中的步驟，在調(diào)速器啟動前就要退出，跟機組發(fā)電態(tài)沒有直接聯(lián)系，建議剔除。

3.4 第四類：主要輔機設(shè)備狀態(tài)類判據(jù)

軸承油泵氣泵投入、軸承油閥打開、軸承冷卻水閥打開：軸承油泵氣泵投入、軸承油閥打開、軸承冷卻水閥打開這幾個信號也都是機組開機流程中的步驟，是在調(diào)速器啟動、機組轉(zhuǎn)動前就要執(zhí)行的流程，跟機組發(fā)電態(tài)沒有直接聯(lián)系，建議剔除。

4 優(yōu)化后集控電廠機組發(fā)電態(tài)判據(jù)條件

綜上所述，保留以下各條件作為機組發(fā)電態(tài)判據(jù)：

（1）GCB合（發(fā)電機出口開關(guān)合閘）；

（2）TCB合（主變高壓側(cè)開關(guān)合閘）；

（3）機端電壓＞80%Ue（或＞90%Ue）/勵磁系統(tǒng)運行；

（4）導葉全關(guān)位置復歸（未設(shè)置逆功率保護的機組）。

即除了GCB合（發(fā)電機出口開關(guān)合閘）、TCB合（主變高壓側(cè)開關(guān)合閘）兩個條件作為機組發(fā)電態(tài)的基本判據(jù)外，機端電壓/勵磁系統(tǒng)運行判據(jù)按各個電廠實際選擇，監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置有勵磁系統(tǒng)運行狀態(tài)點的可以采用勵磁系統(tǒng)運行作為判據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)中沒有設(shè)置該點的可以選擇機端電壓為判據(jù)條件；導葉全關(guān)位置復歸判據(jù)根據(jù)機組是否設(shè)置有逆功率保護進行選擇，未設(shè)置逆功率保護的機組將導葉全關(guān)位置復歸信號作為發(fā)電態(tài)判據(jù)。對五凌集控所屬電廠來說，立式機組將導葉全關(guān)位置復歸作為發(fā)電態(tài)判據(jù)（碗米坡#1機除外，#1機有逆功率保護），燈泡貫流式機組可以不考慮該判據(jù)。

5 該發(fā)電態(tài)判據(jù)優(yōu)點

各個判據(jù)均是機組并網(wǎng)、發(fā)電態(tài)的必要條件；在已有判據(jù)已經(jīng)能夠作為發(fā)電態(tài)判據(jù)的情況下，剔除該判據(jù)的前提條件，如在機端電壓＞80%Ue（或＞90%Ue）/勵磁系統(tǒng)運行的情況下，可以剔除FMK合閘條件；剔除了開機流程中與機組發(fā)電態(tài)無直接聯(lián)系的判據(jù)；采用導葉全關(guān)位置復歸作為發(fā)電態(tài)的一個判據(jù)，剔除了故障率較高的導葉空載、導葉空載以上位置判據(jù)。

6 結(jié)語

總之，該機組發(fā)電態(tài)判據(jù)，既簡化了機組發(fā)電態(tài)的判據(jù)條件，又降低了機組發(fā)電態(tài)受一般故障影響的概率；而且通用性強，不論是混流式機組，還是燈泡貫流式機組，或者是軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，其發(fā)電態(tài)均可參考該判據(jù)設(shè)置。

[1]水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行及維護規(guī)程：DL/T 1009—2016[S].

[2]水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范：DL/T 5065—2009[S].

[3]水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件：DL/T 578—2008[S].

[4]水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)試驗驗收規(guī)程：DL/T 822—2012[S].

[5]姚維達，王桂平，鄧小剛，等.H9000 V4.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點與應(yīng)用[C]//中國水力發(fā)電工程學會信息化專委會2008年學術(shù)交流會論文集，2008：7-11.