大巖洞電站機(jī)組運(yùn)行有功功率突升的分析與改進(jìn)措施

廖啟智

（會(huì)澤縣川渝水電開發(fā)有限公司，云南 曲靖 654200）

1 概述

大巖洞電站采用引水式發(fā)電方式，壩址以上控制流域面積8 151km2，壩址處于多年平均流量82.8 m3/s，水庫正常蓄水位1 496.00 m，相應(yīng)庫容為349.42萬m3。調(diào)節(jié)庫容209萬m3，具有日調(diào)節(jié)性能，電站安裝3臺(tái)單機(jī)容量28 MW水輪發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘繛?4 MW，年利用小時(shí)數(shù)4 561 h，多年平均發(fā)電量3.83億kW·h，送往貴州電網(wǎng)。

2 事件經(jīng)過

2019年 01月 05日 18：09：00，貴州中調(diào)下令大巖洞電站開啟1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)機(jī)組，全廠有功功率84 MW；18:17：00向貴州中調(diào)回令 1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，全廠有功功率84 MW。18：18：36監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)P—Q調(diào)節(jié)無變化，有功調(diào)節(jié)退出動(dòng)作，18：21：23 2號(hào)機(jī)有功功率突升至 34.90 MW，無功功率為 0.30 MW；18：18：23監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)P—Q調(diào)節(jié)無變化，有功調(diào)節(jié)退出動(dòng)作；18：21：38 3號(hào)機(jī)有功功率突升至33.60 MW，無功功率為-1.80 MW。18：22：00向貴州中調(diào)匯報(bào)2號(hào)、3號(hào)機(jī)組有功負(fù)荷突升，正在查找原因。18：26：00貴州中調(diào)詢問2號(hào)和3號(hào)機(jī)組是否恢復(fù)正常，大巖洞中控室回復(fù)先將3號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻和PSS退出，后重新投入有功調(diào)節(jié)，手動(dòng)設(shè)置有功功率28 MW，3號(hào)機(jī)組有功功率恢復(fù)正常范圍，負(fù)荷穩(wěn)定后再次投入一次調(diào)頻和PSS，3號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行。同樣的方法處理2號(hào)機(jī)組有功功率時(shí)，2號(hào)機(jī)組有功功率依然維持在超負(fù)荷運(yùn)行（最大34.90 MW），此時(shí)，貴州中調(diào)下令停2號(hào)機(jī)組并檢查原因。18：56：00貴州中調(diào)下令停3號(hào)機(jī)組，并分析其有功功率突升的原因。

2019年01月08 日07：05：00，大巖洞水電站1號(hào)、2號(hào)機(jī)組分別帶滿負(fù)荷28 MW運(yùn)行。07：07：00，貴州中調(diào)下令將1號(hào)、2號(hào)機(jī)組有功功率降為0 MW，但不解列，機(jī)組處于空載態(tài)運(yùn)行。07：10：00，貴州中調(diào)下令將1號(hào)、2號(hào)機(jī)組有功功率升至28 MW，運(yùn)行人員操作上位機(jī)分別將1號(hào)、2號(hào)機(jī)組設(shè)定有功值28 MW。07：12：00，監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組功率為26.4 MW，07：13：00發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組有功功率為26.67 MW，判斷1號(hào)、2號(hào)機(jī)組有功功率未達(dá)到設(shè)定值，運(yùn)行人員把1號(hào)、2號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻分別退出；07：14：00， 1號(hào)機(jī)組有功功率為 20.54 MW，2 號(hào)機(jī)組有功功率為22.25 MW，發(fā)現(xiàn)有功功率降低后，運(yùn)行人員重新在1號(hào)、2號(hào)機(jī)上位機(jī)監(jiān)控P-Q畫面投入有功調(diào)節(jié)，并重新分別設(shè)定1號(hào)、2號(hào)機(jī)組目標(biāo)值28 MW，這一過程中1號(hào)、2號(hào)機(jī)組并沒有穩(wěn)定在28 MW，而是出現(xiàn)異常突升現(xiàn)象。07：15：00，2號(hào)機(jī)組有功功率最高為33.14 MW；07：16：00 1號(hào)機(jī)組有功功率最高34.48 MW；出現(xiàn)異常情況后，運(yùn)行人員又再次投入1號(hào)、2號(hào)機(jī)上位機(jī)監(jiān)控P-Q畫面有功調(diào)節(jié)，并重新分別設(shè)定1號(hào)、2號(hào)機(jī)組目標(biāo)值28 MW；07：17：00，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組逐步恢復(fù)至設(shè)定值正常范圍內(nèi)28 MW，在觀察穩(wěn)定1號(hào)、2號(hào)機(jī)組有功功率穩(wěn)定2 min后，重新投入一次調(diào)頻和PSS動(dòng)作，機(jī)組正常運(yùn)行。

3 事件原因分析

3.1 1月5日事件分析

2019年 1月5日 18：14：56，中控室接調(diào)度令，開2號(hào)機(jī)組，帶負(fù)荷至28 MW。運(yùn)行值班人員在上位機(jī)下開機(jī)令，2號(hào)機(jī)組并網(wǎng)后帶2 MW負(fù)荷，設(shè)置監(jiān)控P-Q調(diào)節(jié)投入，設(shè)置2號(hào)機(jī)組負(fù)荷為28 MW。有功調(diào)節(jié)將負(fù)荷拉升至28.5 MW，于18：15：45進(jìn)入負(fù)荷調(diào)節(jié)死區(qū)（調(diào)節(jié)死區(qū)為機(jī)組額定容量的2%），在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)認(rèn)為負(fù)荷在死區(qū)范圍內(nèi)已經(jīng)不再調(diào)整負(fù)荷，不再向調(diào)速器發(fā)負(fù)荷增減令，18：18：00左右負(fù)荷才開始增加，越過死區(qū)，此時(shí)監(jiān)控在給調(diào)速器發(fā)減有功命令時(shí)，負(fù)荷并沒有向減方向運(yùn)行，而是繼續(xù)增加，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)了反向調(diào)節(jié)保護(hù)，退出PID調(diào)節(jié)，18：18：15后監(jiān)控系統(tǒng)再無參與調(diào)節(jié)，有功設(shè)定值跟蹤實(shí)發(fā)值；此時(shí)導(dǎo)葉開度維持在77%附近，有功開始增加，最大值達(dá)到34.9 MW，發(fā)電機(jī)定子電流為2 115.08 A。而水輪機(jī)組制造的額定功率為30 MW，調(diào)速器設(shè)置的開度限制為90%，發(fā)電機(jī)過負(fù)荷電流定值為2 150 A。此時(shí)，導(dǎo)葉開度未達(dá)到限制值，發(fā)電機(jī)定子電流未達(dá)到報(bào)警整定值，過負(fù)荷保護(hù)未動(dòng)作，負(fù)荷上升與一次調(diào)頻投入無關(guān)，如圖1所示。

圖1 1月5日事件曲線

原因分析：監(jiān)控有功調(diào)節(jié)存在超調(diào)現(xiàn)象，在負(fù)荷大范圍調(diào)整時(shí)，向調(diào)速器發(fā)增有功命令脈沖，調(diào)速器收到命令到執(zhí)行完畢存在時(shí)間滯后，增加導(dǎo)葉開度的命令有積累效應(yīng)，出現(xiàn)導(dǎo)葉開度有較大波動(dòng)。

3.2 1月8日事件分析

2019年 1月 8日 7：11：43，中控室接調(diào)度令，開2號(hào)機(jī)組，帶負(fù)荷至28 MW。運(yùn)行值班人員在上位機(jī)下發(fā)電令（之前在熱備空載態(tài)），設(shè)置監(jiān)控P-Q調(diào)節(jié)投入，設(shè)置2號(hào)機(jī)組負(fù)荷為28 MW。有功調(diào)節(jié)將負(fù)荷拉升至28.5 MW，于7：12：45負(fù)荷調(diào)節(jié)變緩，向死區(qū)靠近，7：13：13，有功負(fù)荷在26.67 MW左右，從曲線看，開度增加，但機(jī)組過流量（差壓測流曲線）沒有明顯增加。當(dāng)一次調(diào)頻分別退出后，07：14：00，機(jī)組有功功率下降，從差壓測流曲線看，是因?yàn)榱髁繙p少的原因引起的。此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)了反向調(diào)節(jié)保護(hù)，退出PID調(diào)節(jié)。隨后，從差壓測流曲線看，導(dǎo)葉開度不變，流量增加導(dǎo)致機(jī)組有功上升。運(yùn)行值班人員重新投入監(jiān)控P-Q調(diào)節(jié)，并設(shè)置有功至28 MW，負(fù)荷重新下降到28 MW。機(jī)組負(fù)荷上升和下降與一次調(diào)頻投入無關(guān)，如圖2所示。

圖2 1月8日事件曲線

導(dǎo)葉在7：12：45后導(dǎo)葉開度繼續(xù)增加的原因：

（1）有功調(diào)節(jié)存在超調(diào)現(xiàn)象，在負(fù)荷大范圍調(diào)整時(shí)，向調(diào)速器發(fā)增有功命令脈沖，調(diào)速器收到命令到執(zhí)行完畢存在時(shí)間滯后，增加導(dǎo)葉開度的命令有積累效應(yīng)，出現(xiàn)導(dǎo)葉開度較大波動(dòng)；

（2）機(jī)組過流量下降，無法通過調(diào)整導(dǎo)葉開度到達(dá)的范圍值內(nèi)，而相對平緩的那一段負(fù)荷曲線恰好是當(dāng)前工況條件下機(jī)組有功能達(dá)到的最大值，故PID調(diào)節(jié)繼續(xù)給調(diào)速器增有功命令，繼續(xù)增加導(dǎo)葉開度。

4 改進(jìn)措施

4.1 改善機(jī)組流程

優(yōu)化PID調(diào)節(jié)參數(shù)，將最大調(diào)節(jié)脈寬減小，盡量保證平穩(wěn)的條件下快速調(diào)整負(fù)荷；增加有功調(diào)節(jié)自保護(hù)退出門限，即功率調(diào)節(jié)方向與測量值方向變化相反時(shí)，由原來的3次連續(xù)調(diào)節(jié)增加為5次調(diào)節(jié)；增加監(jiān)控系統(tǒng)中有功調(diào)節(jié)退出以后語音報(bào)警功能（原有文字報(bào)警）；加強(qiáng)運(yùn)行人員上位機(jī)監(jiān)盤責(zé)任心，同時(shí)修改大巖洞水電站反事故措施，強(qiáng)化學(xué)習(xí)。

4.2 重新設(shè)置導(dǎo)葉開度限制值[1]

由于大巖洞電站是有壓隧洞且長度有6.2 km，機(jī)組開機(jī)后，由于水力波動(dòng)大，導(dǎo)致水頭變幅大，引起機(jī)組頻率變化大，可能導(dǎo)致并網(wǎng)時(shí)間長或無法并網(wǎng)，因此在調(diào)速器中采取的人工水頭模式中，在調(diào)試階段沒有各水頭下的實(shí)際導(dǎo)葉開度運(yùn)行數(shù)據(jù)，導(dǎo)致設(shè)置的開度限制偏大，見表1。

表1 原設(shè)置的導(dǎo)葉限制開度

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，電站自2018年7月1日全面進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行來，下游象鼻嶺電站蓄水至正常水位1 405.00 m，大巖洞電站上游庫水位也在1 490.00～1 496.00 m之間運(yùn)行，在機(jī)組額定負(fù)荷28 MW時(shí)，各水頭下的導(dǎo)葉實(shí)際開度見表2。

表2 導(dǎo)葉運(yùn)行實(shí)際開度

根據(jù)額定負(fù)荷下的實(shí)際開度，重新設(shè)置導(dǎo)葉限制開度見表3。

表3 現(xiàn)設(shè)置的導(dǎo)葉限制開度

4.3 采取負(fù)荷調(diào)整速率控制措施

4.3.1 AGC定值要求見表4

表4 大巖洞電站1號(hào)～3號(hào)機(jī)組AGC參數(shù)整定值[3]

4.3.2 負(fù)荷調(diào)整控制措施[2]

根據(jù)AGC定值，咨詢同類型有壓隧洞電站的負(fù)荷調(diào)整方式，結(jié)合大巖洞電站的實(shí)際情況，電站引水隧洞長度達(dá)6.2 km，且為有壓隧洞，單機(jī)引用流量為42.37 m3/s,3臺(tái)機(jī)共引用流量127.1 m3/s，對負(fù)荷調(diào)整采取以下控制措施：

（1）增加有功功率負(fù)荷

1）單機(jī)并網(wǎng)增加有功功率負(fù)荷

從上位機(jī)發(fā)“發(fā)電”令到并網(wǎng)“發(fā)電”流程完成后，空載穩(wěn)定30 s，再分段增加有功功率負(fù)荷：從并網(wǎng)起始有功功率值增至6 MW，停留30 s；6 MW增至12 MW，停留30 s；12 MW增至20 MW，停留60 s；20 MW增至24 MW，停留60 s；最后從24 MW增至28 MW，停留60 s；增加有功功率負(fù)荷總的調(diào)整時(shí)間大約在4.5 min。

2）兩臺(tái)機(jī)增加有功功率負(fù)荷

單機(jī)并網(wǎng)增加有功功率負(fù)荷至28 MW后，觀察已帶有功功率負(fù)荷機(jī)組的蝸殼末端壓力值穩(wěn)定后20 s，或停留60～120 s；按單機(jī)并網(wǎng)增有功功率負(fù)荷的流程，進(jìn)行第二臺(tái)機(jī)組增加有功功率負(fù)荷。

3）3臺(tái)機(jī)增加有功功率負(fù)荷

兩臺(tái)機(jī)并網(wǎng)完成增加有功功率至56 MW后，觀察已帶有功功率負(fù)荷的兩臺(tái)機(jī)組的蝸殼末端壓力值穩(wěn)定后20 s，或停留60～120 s；按單機(jī)并網(wǎng)增加有功功率負(fù)荷的流程，進(jìn)行第3臺(tái)機(jī)組增加有功功率負(fù)荷。

（2）降有功功率負(fù)荷

1）單機(jī)降有功功率負(fù)荷

中控室上位機(jī)從28 MW降至24 MW，停留60 s；24 MW降至20 MW，停留60 s；20 MW降至12 MW，停留30 s；12 MW降至6 MW，停留30 s；6 MW降至0 MW，停留30 s；最后再發(fā)停機(jī)令，降有功功率負(fù)荷總的時(shí)間大約在4 min。

2）兩臺(tái)機(jī)降有功功率負(fù)荷

單機(jī)停機(jī)后，觀察已停機(jī)組的蝸殼末端壓力值穩(wěn)定后20 s，或停留60～120 s；按單機(jī)停機(jī)降有功功率負(fù)荷的流程進(jìn)行第二臺(tái)機(jī)組停機(jī)流程。

3）三機(jī)降有功功率負(fù)荷

兩臺(tái)機(jī)停機(jī)后，觀察已停機(jī)組的蝸殼末端壓力值穩(wěn)定后20 s，或停留60～120 s；按單機(jī)停機(jī)降有功功率負(fù)荷的流程進(jìn)行第三臺(tái)機(jī)組停機(jī)流程。

4.3.3 增、減有功功率負(fù)荷時(shí)間間隔

（1）增、減有功功率負(fù)荷的時(shí)間間隔，觀察機(jī)組蝸殼末端壓力穩(wěn)定后60 s，再進(jìn)行增或減有功功率負(fù)荷。

（2）停機(jī)、開機(jī)的時(shí)間間隔，觀察機(jī)組蝸殼末端壓力穩(wěn)定后60 s，再進(jìn)行下一次的開機(jī)、停機(jī)流程。

5 結(jié)語

結(jié)合大巖洞電站機(jī)組運(yùn)行有功功率突升事件，優(yōu)化運(yùn)行機(jī)組開停機(jī)措施，不僅提高了電站運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，而且對機(jī)組運(yùn)行靈活性及管理等方面帶來良好的條件，為大巖洞電站今后機(jī)組運(yùn)行積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為有壓式隧洞引水式電站機(jī)組運(yùn)行，取得的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益，值得其他同類型水電站借鑒。