林義林　章　勇/五凌電力有限公司

安江水電廠機組功率振蕩原因分析

林義林章勇/五凌電力有限公司

電力系統(tǒng)發(fā)展初期系統(tǒng)的結構相對簡單松散其靜態(tài)穩(wěn)定問題通常表現(xiàn)為發(fā)電機與系統(tǒng)之間的非周期失步隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大出現(xiàn)了大型電力系統(tǒng)的互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)系因此變得越來越緊密,整個電力系統(tǒng)也變得越來越復雜。系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定問題由此常表現(xiàn)為發(fā)電機組之間的功率動態(tài)振蕩特別是在互聯(lián)系統(tǒng)的聯(lián)絡線上這種振蕩的表現(xiàn)更為突出。電力系統(tǒng)次同步諧振是指包含串補電容的電網(wǎng)系統(tǒng)和水輪發(fā)電機軸系系統(tǒng),通過發(fā)電機轉子氣隙中電氣轉矩的相互作用而形成的整個機網(wǎng)諧振的行為,輕則引起機組軸系疲勞損傷,重則可造成系統(tǒng)失穩(wěn)。

安江水電廠；機組功率振蕩；原因分析

一、運行方式

安江水電站四臺35MW水輪發(fā)電機，兩臺主變，采用擴大單元接線方式，兩條110KV出線，110KV 母線Ⅰ段與110KV母線Ⅱ段并聯(lián)運行；2015年10月11日晚班，我廠上游水位164.85m，弧門全關。#2機組負荷33.6MW、#3機組負荷33.6MW、#4機組負荷30.8MW， #1機組檢修。110KV水安線負荷為零、水大線負荷為98MW。400V廠用電，Ⅰ段、Ⅱ段由#1廠變供，Ⅲ段由#2廠變供。

二、不安全事件經(jīng)過及處理過程

10月11日19:26左右，上位機監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)#2、#3、#4機組無功功率、電壓分別跳變，從-2MW-8MW跳變又跳回2MW，有功隨著無功跳變，機組功率跟著跳變從33MW跳變至38MW，110KV水大線電壓由105KV跳變至116KV又跳回105KV，在此過程中，聽到#2主變運行聲音加大，但#2、#3、#4調速器運行正常，導葉開度無變化，機頻與網(wǎng)頻穩(wěn)定，將此情況匯報運行部主管卿政權，維護部主管林義林、黃總及程總。上位機反復報：“#2、#3、#4發(fā)電機勵磁系統(tǒng)強勵、強勵復歸、欠勵限制、欠勵限制復歸”，“#2主變高后備保護啟動”，隨即詢問調度對側系統(tǒng)電壓變化是否過大，調度告知：系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，無任何異常，檢查電廠機組運行情況?，F(xiàn)地將#2、#3、#4機組分別將負荷減至30MW后，電壓仍然跳變?，F(xiàn)場增加機組勵磁電流，擺脫諧振點，穩(wěn)定機端電壓。隨即點擊#2、#3、#4機組監(jiān)控P/Q調節(jié)畫面無功功率“投入“，無功功率設為4MVar，5秒后，監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)無功功率自動退出，無法調節(jié)無功功率，即勵磁電流。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，要求將#3機組減負荷至20MW后，#2、#3、#4機組電壓、無功及系統(tǒng)電壓無跳變，恢復正常；確定是諧振引起的機組電壓、有功、無功大幅度波動。線路保護未動作，#2主變后備保護動作發(fā)信正常，#2、#3、#4機組保護裝置未發(fā)生誤動現(xiàn)象。

2015年10月11日19時23分，3號機組帶34MW負荷，導葉開度為88.7％，槳葉開度為88.7％運行時，有功功率出現(xiàn)較大振蕩，其中有功功率振蕩最大值為41MW，最小值為15MW。2015年10月11日19時24分，4號機組帶31MW負荷，導葉開度為85.4％，槳葉開度為79.2％運行時，有功功率出現(xiàn)較大振蕩，其中有功功率最大值為45MW，最小值為11MW。各臺機組在功率振蕩期間導槳葉開度基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)調速器、導葉接力器、槳葉接力器的反復調節(jié)現(xiàn)象。2015年10月11日19時26分，2號機組帶 33MW負荷，導葉開度為89％，槳葉開度為89％運行時，有功功率出現(xiàn)較大振蕩，其中有功功率振蕩最大值為45MW，最小值為17MW。

三、原因分析

機組在功率振蕩過程中，各臺機組導槳葉開度均基本穩(wěn)定，因此可以排除是由于調速器的影響造成的水輪機的有功功率振蕩。

查看監(jiān)控系統(tǒng)歷史曲線，機組發(fā)生振蕩前后勵磁調節(jié)器輸出電壓、輸出電流值均隨之呈現(xiàn)周期波動如圖4所示，初步懷疑造成功率出現(xiàn)大幅度振蕩的直接原因應是勵磁調節(jié)系統(tǒng)失穩(wěn)，同時機組未投入PSS造成機組穩(wěn)定性較差也是造成功率振蕩的主要原因之一。

注意到在發(fā)生振蕩前3臺機組有功功率均存在一定的周期波動，如圖4所示。其中2號機組有功功率波動最大幅值在1.4MW左右，3號機組有功功率波動最大幅值在2MW左右，4號機組有功功率波動最大幅值1.45MW左右，功率波動過程中導槳葉開度均保持穩(wěn)定。初步懷疑功率的周期波動可能與流道內水壓的周期脈動有關，但是在監(jiān)控系統(tǒng)中調取了各機組各壓力脈動測點曲線，發(fā)現(xiàn)各測點壓力波動幅值較?。ù蟛糠譁y點在0.01MPa以內），且波動周期與有功功率波動周期無明顯的相關性。

四、試驗結果

2015年10月17日開展了安江水電廠#3機組一次調頻及調節(jié)系統(tǒng)參數(shù)建模試驗，試驗過程中基本正常。一次調頻試驗結果如圖8所示，監(jiān)控系統(tǒng)閉環(huán)功率調節(jié)試驗結果如圖9所示。試驗過程中機組有功功率基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)較大的振蕩現(xiàn)象，調速器響應速度較快，調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性能較好。

試驗中主要發(fā)現(xiàn)的問題有：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)在功率閉環(huán)調節(jié)過程中功率反調偏大，如圖10所示，34.333MW向31.217MW調節(jié)過程中，功率反調最大值達到了37MW，主要原因可能與低水頭水輪機引水系統(tǒng)TW值偏大、監(jiān)控系統(tǒng)功率調節(jié)參數(shù)有關，建議進一步優(yōu)化調節(jié)參數(shù)，確保調節(jié)品質。

（2）試驗過程中在35MW工況下發(fā)現(xiàn)了功率存在一定的較小的周期波動，其中波動的最小幅值為34.390MW ，最大值為33.880MW功率波動幅值范圍為0.51MW，由于幅值較小應該對機組不會產(chǎn)生較大的影響，同時試驗中對尾水管進口壓力和導葉前壓力測點進行了監(jiān)測，各測點壓力脈動值均較小，未出現(xiàn)明顯的周期波動

五、可能存在問題

（1）機組出現(xiàn)功率振蕩過程中水輪機導槳葉開度均保持穩(wěn)定，因此可排除由于調速器的原因導致的水輪機出力振蕩。

（2）建議進一步分析勵磁調節(jié)系統(tǒng)可能存在的主要影響因素，根據(jù)試驗結果，機組運行時可考慮投入PSS，以增加勵磁調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）機組在功率振蕩前出現(xiàn)了有功功率的小幅周期波動，試驗過程中也發(fā)現(xiàn)了機組有功功率也存在一定的小幅周期波動，該波動可能與流道內的水力波動有關，建議對水輪機各測壓管的位置進行確認，做好標記，檢查測壓管是否存在堵塞，必要時進行疏通，以全面可靠的監(jiān)測機組的運行狀態(tài)。

（4）機組在監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調節(jié)中存在明顯的功率反調，這與水流的Tw值偏大及監(jiān)控系統(tǒng)功率調節(jié)模式及參數(shù)設定有關，建議進一步優(yōu)化調節(jié)參數(shù)，可考慮采用分段調節(jié)的方法來改善調節(jié)品質。

[1]谷水清主編.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京：中國電力出版社2005.

[2]劉學軍. 繼電保護原理[M]. 北京：中國電力出版社，2007.