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        紫坪鋪電廠自動電壓控制(AVC) 功能簡述及投運初期故障分析

        2013-12-17 10:48:50
        水電站設(shè)計 2013年3期
        關(guān)鍵詞:紫坪全廠線電壓

        余 寧

        (四川紫坪鋪水電廠,四川 成都 610091)

        1 前 言

        紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省岷江上游都江堰市麻溪鄉(xiāng)境內(nèi),距成都60km,大壩為混凝土面板堆石壩,壩高156m,總庫容11.12億m3。工程以灌溉和供水為主,兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護、旅游等綜合效益,它是西部開發(fā)標志性工程。紫坪鋪電廠總裝機760MW(4×190MW),年發(fā)電量約34.17億kW·h,年利用小時4 496h,以一回500kV出線接入成都環(huán)網(wǎng)。

        紫坪鋪電廠于2005年11月首臺機組投產(chǎn)發(fā)電, 2006年4月4臺機組全部投產(chǎn)。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和自動化水平的不斷提高,具備自動電壓控制 (AVC)功能的機組在電網(wǎng)中的作用越來越大,自動電壓控制技術(shù)已成為現(xiàn)代電網(wǎng)運行中不可缺少的手段。在第 27屆中國電網(wǎng)調(diào)度運行會議上將AVC列入現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度發(fā)展新技術(shù)之一,紫坪鋪電廠為進一步推動四川電網(wǎng)的AVC工作開展,于2009年7月正式進行廠內(nèi)AVC試驗及與四川省調(diào)中心進行AVC聯(lián)合調(diào)試試驗,并于此后半年進行了AVC遠方控制試運行。

        2 AVC的主要功能

        水電廠自動電壓控制(AVC)是指按預(yù)定條件和要求,自動控制水電廠母線電壓或全廠無功功率的技術(shù)。在保證電廠安全運行的前提下,為系統(tǒng)提供可充分利用的無功功率,減少電廠的功率損耗。采用AVC可以滿足電力系統(tǒng)對機組安全發(fā)電和安全運行的要求,同時可根據(jù)實際需要滿足運行人員的一些特殊要求。并且對全廠母線電壓的變化及一些特殊情況做出迅速反應(yīng),直接執(zhí)行或提示,防止事故進一步擴大。

        2.1 四川電網(wǎng)AVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

        四川電網(wǎng)AVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        省調(diào)AVC主站通過EMS系統(tǒng)實時下發(fā)高壓母線電壓控制命令給紫坪鋪電廠的監(jiān)控系統(tǒng)。同時將“省調(diào)AVC系統(tǒng)在控狀態(tài)”信息一并下發(fā)變電站,該狀態(tài)信息僅作為變電站側(cè)的監(jiān)視信號,不納入邏輯計算。數(shù)據(jù)交換內(nèi)容見表1。

        2.2 紫坪鋪電廠AVC系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)

        2.2.1 AVC的分配算法

        AVC分配算法通常有四種,即:無功功率控制對象的分配算法;帶電壓監(jiān)視功率控制的分配算法;全廠電壓控制對象的分配算法;電壓補償模式的分配算法。根據(jù)四川省調(diào)度中心的要求,紫坪鋪電廠AVC分配算法為全廠電壓控制對象的分配算法。即AVC投入省調(diào)期間,控制對象為出線電壓:按照省調(diào)給定母線電壓增量值(△V),對全廠無功進行分配,使電廠母線電壓維持在給定水平。

        式中QACT——為當前實發(fā)無功;

        △V——為實際母線電壓與給定電壓值偏差;

        KVNOR——為母線電壓在正常電壓值范圍內(nèi)的調(diào)壓系數(shù);

        圖1 四川電網(wǎng)AVC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意

        省(地)調(diào)AVC系統(tǒng)與直調(diào)電廠間數(shù)據(jù)傳輸電廠上傳模擬量電廠上傳開關(guān)量省(地)調(diào)下傳模擬量省(地)調(diào)下傳開關(guān)量通信規(guī)約1.電廠高壓側(cè)母線電壓2.各機組有功、無功3.計及PQ特性的無功上、下限制值1.機組是否閉環(huán)運行2.機組增、減磁閉鎖3.全廠遠方/就地信號1.電廠高壓母線電壓目標值 AVC是否在控 101、104規(guī)約

        當母線電壓值在正常電壓范圍以外,按緊急調(diào)壓系數(shù)進行調(diào)節(jié)

        KVEMG——為母線電壓在正常電壓值范圍外的緊急調(diào)壓系數(shù)。

        在紫坪鋪電廠AVC試運行期間,也常采用電壓曲線方式控制母線電壓,即按照中調(diào)或當?shù)厥孪仍O(shè)定的電壓曲線對全廠無功進行分配,使母線電壓維持在曲線設(shè)定值水平,分配算法同上。

        2.2.2 AVC分配原則

        紫坪鋪電廠主要采用等功率因數(shù)原則。此外,還可采用無功容量成比例原則,因后種分配原則使用較少,在此不作介紹。

        式中n——為參加AVC的機組數(shù);

        Pi——為參加AVC的第i臺機組的當前有功實發(fā)值;

        QiAVC——為分配到第i臺參加AVC機組的無功。

        2.2.3 AVC控制方式

        2.2.3.1 AVC控制權(quán)切換方式

        紫坪鋪電廠AVC控制權(quán)分別為:調(diào)度控制、現(xiàn)場中控室控制和成都遠控中心控制。以上三種控制權(quán)限互相閉鎖,相應(yīng)的出線電壓設(shè)定值分別為:調(diào)度設(shè)定值、當?shù)卦O(shè)定值和成都遠控中心設(shè)定值。

        2.2.3.2 AVC“開環(huán)”及“閉環(huán)”控制切換方式

        紫坪鋪電廠AVC控制分為“開環(huán)”及“閉環(huán)”兩種方式。

        AVC控制方式為“開環(huán)”時,全廠的AVC程序運行在負荷指導(dǎo)方式,AVC程序計算出的負荷值僅在監(jiān)控畫面中予以顯示,不會進行實際調(diào)節(jié)。

        AVC控制方式為“閉環(huán)”時,全廠的AVC程序運行在實際控制方式,AVC程序計算出的各機組無功分配值將下發(fā)至機組LCU,由機組LCU向勵磁系統(tǒng)發(fā)出增磁或減磁信號,最終由機組勵磁系統(tǒng)完成無功調(diào)節(jié)。

        2.2.3.3 AVC功能投退開關(guān)

        紫坪鋪電廠設(shè)置的AVC功能投退開關(guān)有:全廠AVC功能投退開關(guān)和機組AVC功能投退開關(guān)。如無機組投入AVC,則全廠AVC功能投入無效;如全廠AVC未投入,則單機AVC功能投入無效。

        3 故障類型分析

        3.1 采集精度

        紫坪鋪電廠為一回500kV出線,AVC投入后省調(diào)要求出線電壓精度應(yīng)達到±0.5kV以內(nèi),而電廠監(jiān)控系統(tǒng)上位機顯示的電壓變化幅度在±1.2kV,不能滿足省調(diào)AVC要求。

        紫坪鋪電廠出線電壓采集使用的是斯威特PM130E型電功率表,通過RS485與現(xiàn)地LCU的SJ30通訊模件進行數(shù)據(jù)通訊,SJ30通訊模件對采集的數(shù)據(jù)進行一次數(shù)據(jù)換算處理后,上送給上位機進行二次數(shù)據(jù)換算,換算遵循公式Y(jié)=aX(Y:電壓;a:換算系數(shù);X:碼值)。經(jīng)對PLC程序在線觀察,發(fā)現(xiàn)上送碼值為整型(430左右),系數(shù)為1.218,因此,若碼值變化1,則電壓變化1.2kV左右,此情況與上位機顯示的電壓變化幅度相符,加之數(shù)據(jù)采集處理過程過于繁瑣,兩次數(shù)據(jù)換算,使上位機最終采集的電壓數(shù)據(jù)精度損失過大。

        根據(jù)上述情況,將換算系數(shù)a由1.218修改為0.125,碼值X范圍由0-450修改為0-4400,并現(xiàn)采取將SJ30通訊模件采集數(shù)據(jù)一次上送,僅由上位機進行一次數(shù)據(jù)處理。

        以上措施大大提高了出線電壓的采集精度,滿足了省調(diào)要求。

        3.2 參數(shù)的合理設(shè)定

        2009年10月以來,AVC系統(tǒng)閉環(huán)試運行。數(shù)次出現(xiàn)機組視在功率(S)耦合校驗失敗退單機AVC。經(jīng)查詢歷史曲線發(fā)現(xiàn),因功率變送器與交采裝置采集量采集原理不同,交采裝置(通訊量)數(shù)據(jù)采集時間會滯后于功率變送器(模擬量)數(shù)據(jù)采集時間。因此將有可能造成同一時標下S1與S2相差過大,機組強勵動作時,此現(xiàn)象更加明顯。在保證AVC投運率及該閉鎖措施不失效的前提下,只有適當增加視在功率比較值。

        3.3 增加實用閉鎖措施

        2009年11月6日,1號機組LCU柜停電檢修,全廠AVC退出。

        根據(jù)最初省調(diào)對AVC閉鎖條件的設(shè)定,“機組LCU故障(雙CCU故障)”、“機組LCU通訊故障”、“機組無功功率測量故障”以及“機組有功功率測量故障”均作為退出全廠AVC功能的閉鎖條件。如此以來,大大的妨礙了日常檢修工作的開展。如單臺機組檢修、更換單臺機組功率變送器等,勢必將影響到正常發(fā)電機組AVC功能的投入。

        經(jīng)與廠家技術(shù)人員協(xié)商,在紫坪鋪電廠上位機單元監(jiān)視圖中設(shè)置了“檢修投入/退出”按鈕,并對部分AGVC腳本程序進行相應(yīng)修改,以優(yōu)化紫坪鋪電廠AVC功能。

        當機組需要檢修且機組在停機時,可由運行人員對該按鈕進行操作,對檢修機組加以閉鎖,即當機組為檢修標記時不再判斷該機組LCU狀態(tài),以保證其他機組AVC功能的正常投入。

        4 結(jié) 語

        一個手動調(diào)壓正常的電廠,在AVC功能投運后,勢必會出現(xiàn)諸多問題,這些問題涉及硬件、軟件、運行方式等等。一些以往被忽視問題將會重新引起重視,一些以往使用正常的設(shè)備將會暴露出新的問題。本文從維護角度對紫坪鋪電廠AVC功能進行了簡要介紹,對投入試運行后所碰到的一些典型問題加以說明,希望對已經(jīng)投運AVC功能,或即將投入AVC功能的其他兄弟電廠有所幫助。

        2009年1月14日,國家電力監(jiān)管委員會華中監(jiān)管局下發(fā)了《華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電輔助服務(wù)管理實施細則(試行)》及《華中區(qū)域并網(wǎng)運行管理實施細則(試行)》(以下簡稱《兩個細則》),《兩個細則》將自動發(fā)電控制(AGC)正式納入對發(fā)電企業(yè)的考核范圍。相信不久以后,自動電壓控制(AVC)也必將成為電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的主要手段。

        參考文獻:

        [1] 余寧,閻應(yīng)飛,王群,等.紫坪鋪水電廠 AVC調(diào)試試驗報告[R].成都:紫坪鋪水電廠,2009.

        [2] 四川省電力公司調(diào)度中心,四川省電力公司通信自動化中心.四川電網(wǎng)自動電壓控制系統(tǒng)(AVC)功能規(guī)范[S].2008(4).

        [3] 方輝欽.現(xiàn)代水電廠計算機監(jiān)控技術(shù)與試驗[M].北京:中國電力出版社,2004.

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