長引水隧洞水電廠機組功率控制模式的探索

摘 要：隨著環(huán)境保護和節(jié)能減排壓力與日俱增，我國出臺了一系列鼓勵清潔能源發(fā)展的政策。而水電作為清潔能源，在全國裝機容量的占比穩(wěn)定在20%以上。中商產(chǎn)業(yè)研究院預測，2018年水電裝機總量將達38071萬kW。因此，保障水電廠的安全穩(wěn)定運行將對國家電力安全起著至關重要的作用。本文通過電廠的實際案列分析，重點對特殊引水模式下機組有功功率的控制模式進行研究，探索切實有效的解決辦法。

關鍵詞：功率；控制；模式；辦法

中圖分類號：TV737 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0085-02

眾所周知，水電廠具有開機時間短，功率調整迅速等優(yōu)點，因此在電力系統(tǒng)中通常擔任調峰、調頻、事故備用等任務。但在長引水隧洞加調壓井模式的水電廠生產(chǎn)活動中，當其中一臺發(fā)電機在進行有功功率調節(jié)時由于水壓變化，會對另一臺機組功率產(chǎn)生較大影響。甚至在進行一臺機組的停機解列操作時，會導致運行機組過負荷。本文針對上述情況，以貴州烏江清水河水電開發(fā)有限公司大花水電站為研究對象，做了大量的調查研究和探索試驗，以期找到切實有效的解決辦法和控制措施。

1 工程概述

貴州烏江清水河水電開發(fā)有限公司大花水電站是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪及其它的綜合性水利水電樞紐工程。電站為長引水隧洞（5.4km）加調壓井、一洞雙機模式，電站裝機容量為2×100MW，于2004年1月開工興建，2007年11月22日正式投入商業(yè)運行，2015年4月納入烏江集控中心“遠程集控”。

2017年11月13日12時57分，集控中心減#2機負荷進行停機，停機過程中#1機組負荷由99.31MW上升至117.79MW（瞬時最大121MW），#1機過負荷持續(xù)時間近2min。

基于上述現(xiàn)象，筆者調取大量的歷史曲線、報警信息，組織專業(yè)人員查找資料，進行原因分析，尋找解決辦法。

2 問題剖析

根據(jù)本次故障現(xiàn)象，通過調取歷史曲線、詢問當班人員、查閱圖紙資料等，發(fā)現(xiàn)：

（1）#2機停機過程中，#1機導葉開度無變化。說明#1機過負荷系由#2機導葉關閉時導致#1機水壓上升、過機流量增加，引起機組負荷上升。

（2）#1機負荷嚴重偏離設定值后（117.79MW，額定值100MW），監(jiān)控系統(tǒng)及調速系統(tǒng)均未進行自動調節(jié)（查閱監(jiān)控信息：監(jiān)控未開除負荷調整指令）。按照傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)閉環(huán)控制模式，當機組有功功率偏離設定值時，監(jiān)控系統(tǒng)應能自動將機組實發(fā)值拉回至設定值。但期間如果一次調頻動作，為保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，監(jiān)控系統(tǒng)將不再進行調節(jié)。

（3）調速系統(tǒng)在機組并網(wǎng)后采用開度調節(jié)模式，故當導葉開度未發(fā)生明顯變化時，調速系統(tǒng)也不參與調節(jié)。

由于上述原因，導致本次#1機組嚴重偏離設定值運行近2min，監(jiān)控及調速系統(tǒng)均未進行自動調節(jié)。

3 方法研究

2015年4月，大花水電站正式納入烏江公司“遠程集控”模式，電站中控室運行人員撤離。正是在這樣的大背景下，人的干預和控制能力大幅度降低。因此思考如何讓計算機監(jiān)控等自動化設備進行自動調節(jié)控制，既保障機組有無功調節(jié)質量，又保障機組安全穩(wěn)定運行顯得尤為重要。

采用傳統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)“閉環(huán)”調節(jié)模式，能有效防范機組過負荷風險。但同時影響了機組有無功調節(jié)質量，不能有效發(fā)揮水電廠快速調峰調頻的優(yōu)勢。例如當網(wǎng)上頻率偏離50Hz，調速器一次調頻動作使機組有功功率偏離設定值，在監(jiān)控系統(tǒng)“閉環(huán)”調節(jié)模式下，監(jiān)控系統(tǒng)又將機組有功拉回至設定值，勢必使系統(tǒng)頻率再次發(fā)生偏離。但如采用“開環(huán)”調節(jié)模式，雖能充分發(fā)揮調速系統(tǒng)自身的調節(jié)優(yōu)勢，保證電能調節(jié)質量，但當出現(xiàn)上述現(xiàn)象時又不能進行有效的防范控制。

由此，筆者及其研究團隊通過認真分析，查閱資料，探索和研究出一套新的控制模式——“開環(huán)”+“看門巡檢”控制模式，既成功解決了監(jiān)控系統(tǒng)閉環(huán)調節(jié)對機組一次調頻的影響，又有效避免了監(jiān)控系統(tǒng)開環(huán)調節(jié)而導致機組過負荷。

（1）計算機監(jiān)控系統(tǒng)采取開環(huán)調節(jié)模式：即當監(jiān)控系統(tǒng)將機組實發(fā)有功調節(jié)至設定值，在沒有新的調節(jié)指令下發(fā)時，監(jiān)控系統(tǒng)將不再進行干預調節(jié)；

（2）增加計算機監(jiān)控系統(tǒng)“看門巡檢”功能：即設置功率門檻值，當機組實發(fā)有功超出門檻值后，監(jiān)控系統(tǒng)自動將機組功率拉回至設定值。

4 程序設計

4.1 機組功率調節(jié)“看門巡檢”功能

機組PLC程序里新增一段有功調節(jié)閉鎖：即當有功超出最大值（105MW）后，則閉鎖增有功，且自動降負荷至設定值，該功能不受一次調頻、AGC影響，程序梯形圖如圖1所示。

圖1中：當實發(fā)值大于105MW時，閉鎖有功增輸出。屏蔽一次調頻功能。并將有功新設值標記置1，使實發(fā)值跟蹤設定值進行調節(jié)；當實發(fā)值小于105MW，設定值與實發(fā)值小于有功死區(qū)2MW，延時10s后，復歸屏蔽一次調頻開出信號并將有功新設值標記置0。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)“開環(huán)調節(jié)”功能

當監(jiān)控系統(tǒng)將機組實發(fā)有功調節(jié)至設定值，在沒有新的調節(jié)指令下發(fā)時，監(jiān)控系統(tǒng)將不再進行干預調節(jié)。當有新的調節(jié)指令下發(fā)時，屏蔽一次調頻，并將有功調整至新的設定值，程序梯形圖如圖2所示。

5 技術實施及試驗

上述方案已利用機組小修機會進行實施，并通過試驗驗證。在進行快速停機解列時，當另一臺機組實發(fā)功率超過門檻值后，監(jiān)控系統(tǒng)迅速關閉其導葉降低負荷至設定值；當水力波動平穩(wěn)后，又能開啟機組導葉，使機組負荷穩(wěn)定在設定值。

通過反復試驗證明，本次技術實施既能有效防范機組過負荷，又能維持機組負荷穩(wěn)定。

6 結 論

總之，在長引水隧洞加調壓井、一洞雙機模式下的水電廠，機組之間在進行功率調節(jié)尤其是進行停機解列操作時，將對電廠的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響。本文所提供的功率“開環(huán)”+“看門巡檢”控制模式，打破了傳統(tǒng)的機組功率控制模式，既成功解決了監(jiān)控系統(tǒng)閉環(huán)調節(jié)對機組一次調頻的影響，又有效避免了監(jiān)控系統(tǒng)開環(huán)調節(jié)而導致機組過負荷。

特別鳴謝：在本課題的研究過程中，得到了清水河公司生產(chǎn)技術部主任王傳清同志、大花水電站班組專業(yè)人員黃馨瑩同志以及南瑞廠家的大力支持，在此一并感謝！

參考文獻

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[4]《貴州電網(wǎng)并網(wǎng)運行發(fā)電機組一次調頻技術規(guī)范》.

[5]《貴州電網(wǎng)并網(wǎng)運行發(fā)電機組AGC技術規(guī)范》.

[6]《南瑞MB ProV4.3編程軟件使用手冊》.

收稿日期：2018-9-12

作者簡介：汪從彬（1982-），男，助理工程師，本科，主要從事電氣生產(chǎn)管理工作。