華光潭電站機組孤網運行工況的優(yōu)化

周海峰，王 放

（浙江浙能華光潭水力發(fā)電有限公司，浙江 杭州 311322）

0 引 言

華光潭梯級水電站位于浙江省杭州市臨安區(qū)分水江干流昌化江上游的巨溪上，由上、下游一、二級電站組成。電站裝有4 臺立式混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量 85 MW，其中一級電站1、2 號機各30 MW，二級電站3、4 號機組各12.5 MW。一、二級電站都是采用二機一變的擴大單元接線，通過聯(lián)絡線匯總接入杭州電網。一、二級電站相距約8 km，集控中心設置在二級電站。該電站是目前杭州地區(qū)電網最大的水電站，也是杭州地區(qū)電網的黑啟動源，在保障電網安全方面起到了重要作用。

華光潭電站在2019 年1 月完成了二級電站3、4號機組調速系統(tǒng)的技改工作，調速系統(tǒng)采用武漢三聯(lián)水電控制設備有限公司的PWST-16 型水輪機調速器。

2019年4月發(fā)生了一起開關站線路開關雷擊跳閘事故，3、4 號機組甩負荷后調速器壓回機組轉速，進入帶廠用電的孤網運行工況。當機組進入孤網運行工況時出現(xiàn)機組頻率波動及電壓逐漸升高的情況。這種情況對孤網運行廠用電的電能質量造成極大影響，無法滿足電站保廠用電的電能質量要求，也使全廠設備的安全運行存在安全隱患。

1 孤網運行工況時頻率、電壓不穩(wěn)定的原因分析

線路開關雷擊跳閘，3、4 號機組同時甩負荷后調速器壓回機組轉速，進入帶廠用電的孤網運行工況。當機組進入孤網運行時出現(xiàn)了機組頻率大幅度波動、機端電壓持續(xù)升高的情況，具體表現(xiàn)如表1 所示。

表1 雷擊甩負荷后3、4 號機組孤網運行時存在的問題

觀察發(fā)現(xiàn)，此時監(jiān)控系統(tǒng)開出繼電器有遠方增磁、遠方增頻動作輸出。經過對孤網運行時存在問題的觀察分析及咨詢廠家人員、分析監(jiān)控及調速系統(tǒng)的調功機制得出造成頻率波動問題的原因如下：機組進入上述孤網運行工況時，機組開關在合位，計算機監(jiān)控系統(tǒng)調功段未退出閉環(huán)調節(jié)，始終開出脈沖命令至調速系統(tǒng)進行負載開度調節(jié)，當導葉開度在監(jiān)控系統(tǒng)的命令下增大則造成機組頻率升高，當機組頻率升高超過死區(qū)后調速系統(tǒng)自動切換進入負載頻率調節(jié)模式，跟蹤頻率變化進行調節(jié)，這時導葉開度又重新壓回，調速器頻繁在兩種調節(jié)模式下切換，如此反復造成導葉開度來回波動，即無法正常維持頻率穩(wěn)定。

可見，在孤網運行工況時，監(jiān)控系統(tǒng)有功調節(jié)未退出造成了機組的頻率波動。同時，無功調節(jié)未退出則向勵磁系統(tǒng)不斷開出增磁令，造成機端電壓的逐步升高，直至觸發(fā)勵磁系統(tǒng)過勵限制。

2 提出解決方案

針對問題原因，匯同監(jiān)控系統(tǒng)及調速器廠家技術人員討論后制定了如下解決方案。

（1）調速系統(tǒng)增加孤網運行工況的判斷程序。結合電站實際情況，孤網運行工況的判斷邏輯為：機組開關合位時機組頻率與50 Hz 頻差超過0.3 Hz，滿足這個條件時，調速系統(tǒng)發(fā)出“孤網運行”信號；當頻差小于死區(qū)0.3 Hz 時，經延時60 s，孤網運行信號復歸。

（2）調速系統(tǒng)控制柜至監(jiān)控系統(tǒng)LCU 柜增加“3、4 號機組孤網運行”信號的實點信號線，使調速系統(tǒng)的孤網運行判斷結果可以發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)修改有功、無功調功段程序。當監(jiān)控系統(tǒng)接收到調速系統(tǒng)送來的機組孤網運行信號時，監(jiān)控系統(tǒng)退出有功、無功的閉環(huán)調節(jié)。退出后不再向調速器發(fā)出開度調節(jié)命令，也不在再向勵磁系統(tǒng)發(fā)出增減磁命令。監(jiān)控系統(tǒng)有功、無功的閉環(huán)調節(jié)退出后，需由上位機軟壓板手動投入后才能重新進入閉環(huán)調節(jié)。

（4）修改調速系統(tǒng)孤網運行工況下的調節(jié)參數(shù)。通過以上方案的實施，調速系統(tǒng)可以及時判斷線路開關跳閘后的機組孤網運行工況，并將判斷結果送至監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)信號通知上位機監(jiān)盤人員并退出監(jiān)控系統(tǒng)的有功、無功閉環(huán)調節(jié)，從而使機組的頻率、電壓不受監(jiān)控系統(tǒng)的影響。但是在孤網運行條件下機組頻率受負荷波動的影響較大，需要通過試驗確定一組合適的調節(jié)參數(shù)，使孤網運行工況時有相對優(yōu)質的調節(jié)品質。

3 試驗及調速系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

對3、4 號機組實施了以上解決方案后需通過試驗驗證方案實施的正確性，并確定調速系統(tǒng)的最優(yōu)調節(jié)參數(shù)。

3.1 孤網零升試驗

3、4 號機組分別帶二號主變零升試驗（二號主變高壓開關分），試驗步驟為：（1）檢查機組熱備用條件、開機條件滿足；（2）做好機組孤網零升措施；（3）機組開機至空運態(tài)；（4）合上機組開關；（5）操作勵磁系統(tǒng)起勵，監(jiān)視機端電壓正常；（6）監(jiān)視電壓正常后倒換廠用電到機組10.5 kV 母線。此時機組進入帶廠用電的孤網運行狀態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)正確收到機組孤網運行信號，退出有功、無功閉環(huán)調節(jié)。監(jiān)視機組頻率、電壓是否穩(wěn)定，根據機組的頻率波動情況對調速器的調節(jié)參數(shù)進行初步觀察修改。

圖1 方案實施優(yōu)化后數(shù)據曲線

3.2 甩負荷試驗

確定機組調速及監(jiān)控系統(tǒng)能夠正確執(zhí)行孤網程序后進行模擬雷擊跳閘實際情況的甩負荷試驗，試驗情況為：（1）3、4 號機組開機并網，帶50%額定負荷；（2）拉開二號主變高壓開關，模擬雷擊跳閘情況；（3）機組轉速上升到114%Ne 調速器調壓回到50 Hz 左右，進入孤網頻率調節(jié)模式；（4）監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出孤網運行信號，退出3、4 號機組有功、無功閉環(huán)調節(jié)；（5）監(jiān)視3、4 號機組孤網頻率及電壓波動情況基本正常，頻率在49～51 Hz 波動。觀察發(fā)現(xiàn)，3、4 號機組同時甩負荷后兩臺機組有功不一致，導葉開度不一致，4 號機有功為負，有一定的吸收3 號機有功的現(xiàn)象。

3.3 調速系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

針對甩負荷試驗時兩臺機組有功分配不均及頻率仍有小幅波動的情況，對調速器的負載頻率調節(jié)參數(shù)進行了微調優(yōu)化，使機組頻率更加穩(wěn)定，功率分配達到了更優(yōu)狀態(tài)。優(yōu)化后3 號機的負載頻率調節(jié)參數(shù)為：bt=30%，Td=35 s，Tn=0 s，bp=2%；4 號機的負載頻率調節(jié)參數(shù)為：bt=40%，Td=30 s，Tn=0 s，bp=1%。調節(jié)參數(shù)優(yōu)化后，經再次試驗觀察兩臺機組有功分配合理，未出現(xiàn)機組電壓上升情況，電壓穩(wěn)定在10.2 kV，頻率在49.6～50.3 Hz 波動。圖1 為方案實施優(yōu)化后試驗數(shù)據曲線。

4 結 論

方案實施后通過模擬實際事故的甩負荷試驗，驗證了在線路開關跳閘時3、4 號機組進入孤網運行工況下機組頻率、機端電壓都能穩(wěn)定在要求范圍內。試驗得出的機組電壓、頻率數(shù)據能夠滿足電站孤網運行保廠用電的電能質量要求，之前存在的問題得到 解決。