姜興文
(華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠,云南 景洪666100)
華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠(以下簡稱景洪電廠)裝機容量5×350 MW,在云南電網(wǎng)中主要承擔基荷、調(diào)頻等任務,水輪機由哈爾濱電機廠制造,結構為金屬蝸殼立軸混流式,水輪機調(diào)速器為哈爾濱電機廠-通用電氣公司聯(lián)合生產(chǎn)的Woodward MicroNet Plus控制系統(tǒng)。2012~2013機組檢修年度在做5號機組一次調(diào)頻與AGC聯(lián)調(diào)試驗時發(fā)現(xiàn)程序錯誤,導致開度大幅波動,最終將導葉全開,引起全廠功率波動,導致全廠AGC退出。
1.1.1 試驗過程介紹
2012年11月30日試驗人員完成單機一次調(diào)頻動作試驗,試驗正常。下一步開始做5號機組一次調(diào)頻與AGC聯(lián)調(diào)試驗,試驗人員通過調(diào)速器機組出口PT信號輸入端子加入機組PT測頻信號50.15 Hz。監(jiān)控報警窗口如下:
(1)02:33:17,5號機組調(diào)速器一次調(diào)頻動作。
(2)02:33:17~02:34:29,5 號機組一次調(diào)頻動作,導葉開度、有功測值動作均正常,5號機組負荷由220 MW降低至190 MW。
(3)02:33:28,5號機組調(diào)速器內(nèi)部開度給定數(shù)據(jù)開始變化。
(4)02:34:29,5號機組調(diào)速器內(nèi)部開度給定數(shù)據(jù)增加至100%,5號機組有功負荷開始波動。
(5)02:34:33,5號機組有功測值波動過大動作,有功調(diào)節(jié)退出動作。
(6)02:34:39,全廠 AGC 退出。
(7)02:35:50,5號 機組導葉位置越高限(值:100.5383)。
1.1.2 試驗結果分析
5號機組AGC未投入時(機組有功調(diào)節(jié)未投入),試驗人員加入50.15 Hz機組頻率后,一次調(diào)頻動作正常。5號機組有功減小約30 MW,5號機組調(diào)速器內(nèi)部開度給定數(shù)據(jù)未發(fā)生變化。
5號機組AGC投入時,試驗人員加入50.15 Hz機組頻率后,一次調(diào)頻正常動作,機組有功減小約30 MW。一次調(diào)頻動作的同時,5號機組調(diào)速器內(nèi)部導葉開度給定值開始持續(xù)增加。導葉開度給定值增加至100%后,導葉實際開度開始變化。
5號機組第1次一次調(diào)頻試驗結果正常,第2次一次調(diào)頻試驗結果不正常,前后兩次一次調(diào)頻試驗對比只是在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)投入了有功調(diào)節(jié)和AGC。
一次調(diào)頻動作過程中AGC下發(fā)有功負荷與機組實際負荷相同。
1.1.3 AGC與一次調(diào)頻的協(xié)調(diào)關系
南方電網(wǎng)公司自動發(fā)電控制(AGC)技術規(guī)范規(guī)定機組一次調(diào)頻與AGC的協(xié)調(diào)關系如下:
(1)機組在執(zhí)行AGC設定值時應該不受一次調(diào)頻功能的影響,出力變化應該是二者疊加的效果。如果調(diào)速機構不能同時執(zhí)行一次調(diào)頻功能和AGC負荷調(diào)節(jié)功能時,應該以AGC負荷調(diào)節(jié)優(yōu)先。
(2)現(xiàn)在很多水電廠的調(diào)速機構不能實現(xiàn)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的共同疊加。所以在二者的配合上,應該滿足以下條件:
1)機組在執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)任務時不應該受到一次調(diào)頻功能的干擾。
2)一次調(diào)頻在AGC調(diào)節(jié)間斷時期應該正常響應。
3)一次調(diào)頻在動作過程中如果有新的AGC調(diào)節(jié)命令,應該立即執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)命令。
4)機組的一次調(diào)頻動作引起的全廠總功率的偏差應該不能被監(jiān)控系統(tǒng)重新調(diào)整回去。
1.2.1 存在的問題
在2012年景洪電廠7~9月份并網(wǎng)運行主要考核為一次調(diào)頻考核,9月份1、5號機組一次調(diào)頻合格率為95%;2、3、4號機組一次調(diào)頻合格率為97.5%。景洪電廠10月份一次調(diào)頻電網(wǎng)檢查2次,2號機組和4號機組動作合格,1號機組和5號機組動作不合格,3號機組停機備用。一次調(diào)頻動作不合格原因為一次調(diào)頻實際動作的積分電量與理論動作積分電量的比值小于50%(南方電網(wǎng)公司規(guī)定比值大于50%即為合格)。
1.2.2 問題分析
針對并網(wǎng)考核存在的問題,電廠組織調(diào)速器和監(jiān)控專業(yè)兩個小組進行分析,分析結果如下:
(1)調(diào)速器的頻率測量
景洪電廠機組調(diào)速器一次調(diào)頻動作頻率主要由主變低壓側電壓互感器信號送至調(diào)速器系統(tǒng)后進行分頻測量。電網(wǎng)公司并網(wǎng)運行考核中,電網(wǎng)頻率是否達到調(diào)速器一次調(diào)頻應該動作的頻率,所采用的測點和測量方式均與我廠調(diào)速器不同。兩個頻率的測點和測量方式不同,導致頻率測量的結果不一致,也會造成電網(wǎng)判斷我廠一次調(diào)頻應該動作,但是調(diào)速器測量的頻率未達到一次調(diào)頻應動作的值,致使調(diào)速器一次調(diào)頻動作不正常。
(2)機組調(diào)速器定值
景洪電廠調(diào)速器程序5臺機組均相同,5臺機組的參數(shù)設置也均相同,并網(wǎng)PID參數(shù)均為KP=3,KI=2,KD=0。
(3)機組調(diào)速器調(diào)節(jié)模式
我廠調(diào)速器默認控制模式為開度控制模式,輔助服務考核系統(tǒng)采用的是電量為標準的考核,主要采集機組的有功功率信號。開度信號與功率信號的對應關系是依據(jù)水輪機的水頭、開度、出力特性曲線進行計算的。
在水輪機特性曲線的末端相同開度信號變化值對應的負荷變化值越來越小。而我廠機組運行在高負荷,大導葉開度的情況比較多。水頭信號也直接影響在開度控制模式下調(diào)速器的計算。因水頭信號的錯誤也會造成調(diào)速器調(diào)節(jié)速率慢和調(diào)整不到位。
(4)機組負荷限制
我廠機組所能帶的最大負荷在不同水頭下會有所變化。電廠機組在滿負荷運行時,如果此時電網(wǎng)頻率低,一次調(diào)頻動作后無法增加負荷,實際積分電量偏小,一次調(diào)頻動作不合格,造成考核。
針對2012年11月30日出現(xiàn)的功率大幅波動引起全廠AGC退出的異常事件,經(jīng)電廠專業(yè)人員及調(diào)速器廠家對調(diào)速器控制程序進行分析,發(fā)現(xiàn)調(diào)速器閥位指令前饋功能可能是導致機組一次調(diào)頻試驗中功率大幅波動的原因。并進行了現(xiàn)場驗證。
電廠專業(yè)人員和調(diào)速器廠家、中試所試驗人員在4號機組調(diào)速器上做靜態(tài)試驗,進行驗證。通過試驗儀器,給調(diào)速器加入50.2 Hz頻率信號,模擬一次調(diào)頻動作。試驗發(fā)現(xiàn)調(diào)速器一次調(diào)頻動作時,調(diào)速器不響應AGG的增減負荷指令,當AGG增減負荷指令消失后,之前AGG增減負荷脈沖的積分值被送入調(diào)速器PID計算模塊,進行計算并輸出,造成有功負荷的波動。
調(diào)速器收到50.2 Hz頻率后,一次調(diào)頻動作,調(diào)速器向關方向關導葉,動作正常。導葉關閉到位后,模擬AGC下發(fā)增負荷指令,一次導葉開度開始時不變化,當增負荷指令消失后,調(diào)速器導葉開度突然增大。
得到的結果一致,要求調(diào)速器廠家進行控制程序修改,在下一臺機檢修開始前將編譯后的程序提交電廠,并提交試驗建議方案給電廠。
在程序第82頁,由于SERVO_PID.ERROR_SW模塊的存在,當SERVO_PID.SERVO_STPT的變化率超過0.1/s2時,會將SERVO_PID.DRP_ERROR屏蔽掉,從而導致在閥位給定變化率超過0.1/s2,而此時一次調(diào)頻的頻差過大,作用強于Feed forward的作用,AGC的增減負荷指令就不會起作用(圖1)。而由于監(jiān)控那邊的功率閉環(huán)僅比較AGC負荷指令和實際功率,必然會將閥位給定值累加上去直到100%。
圖1
類似的,在程序第80頁也存在同樣問題(圖2)。
圖2
AGC的負荷指令增減,在調(diào)速器一側對應的閥位給定值增減速率絕對值的上限設定是1%/s。因而,當一次調(diào)頻的頻差超過一定范圍時,前饋作用的積分量將弱于一次調(diào)頻頻差的積分量。而如果此時閥位給定值變化率超過0.1/s2,閥位給定值和實際值偏差所對應的積分量又被屏蔽。
結合對控制的分析得出,可以將這種屏蔽邏輯取消。
(1)邏輯第82頁,將SERVO_PID.ERROR的輸出直接連接到SERVO_PID.DRP_ERROR的一個輸入端(圖 3)。
圖3
(2)邏輯第80頁,將MW_PID.STPT_ERROR的輸出直接連接到MW_PID.DRP_ERROR的一個輸入端(圖 4)。
圖4
(1)修改方法分析
針對電廠一次調(diào)頻積分電量不夠的問題,采取減小一次調(diào)頻計算死區(qū)的方法,來增大一次調(diào)頻的效果。具體方法如下:一次調(diào)頻計算死區(qū)等于一次調(diào)頻判斷死區(qū)乘以一個小于1的系數(shù),系數(shù)默認值為0.75,具體數(shù)值通過試驗確定。
(2)一次調(diào)頻積分電量不足問題邏輯修改說明
組態(tài)第127頁,增加SITE_LOGIC. EXCD_DB,SITE_LOGIC. DB_MUL以及SITE_LOGIC. DB_SW等3個模塊,將SITE_LOGIC.DB_SW的輸出代替LOCAL_AW. DEADBAND的輸出送往第80頁和第82頁(圖5)。
圖5
機組修改程序后,需要驗證的邏輯有:①單機一次調(diào)頻試驗;②AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)試驗;③變負荷試驗。
1)無水條件下,調(diào)速器模擬油開關合,調(diào)速器工作在負載模式,調(diào)速器模擬頻率信號在50 Hz基礎上變化0.2 Hz,使調(diào)速器工作于負載一次調(diào)頻模式,在機組一次調(diào)頻動作期間,對調(diào)速器施加負荷增、減指令,記錄導葉接力器變化,觀察調(diào)速器增減脈沖作用在一次調(diào)頻動作期間是否被屏蔽掉,在調(diào)速器進入穩(wěn)態(tài)后,調(diào)速器導葉接力器變化是否為一次調(diào)頻接力器動作量與監(jiān)控增減脈沖調(diào)節(jié)量的綜合作用結果。
2)有水條件下,在負載條件下,調(diào)速器模擬頻率信號在50 Hz基礎上變化0.2 Hz,使調(diào)速器工作于負載一次調(diào)頻模式,在機組一次調(diào)頻動作期間,對調(diào)速器施加負荷增、減指令,記錄導葉接力器變化和機組有功變化,觀察調(diào)速器增減脈沖作用在一次調(diào)頻動作期間是否被屏蔽掉,在調(diào)速器進入穩(wěn)態(tài)后,調(diào)速器導葉接力器變化和機組有功變化是否為一次調(diào)頻接力器動作量與監(jiān)控增減脈沖調(diào)節(jié)量的綜合作用結果。
3)對于景洪電廠有時會出現(xiàn)一次調(diào)頻積分電量不足的問題,修改版程序默認一次調(diào)頻死區(qū)減小為原來的75%,這就意味著同樣的頻率變化相應的導葉接力器動作量會增大,一次調(diào)頻死區(qū)被乘系數(shù)值需要根據(jù)一次調(diào)頻試驗結果確定。
檢修時進一步校正我廠調(diào)速器測頻偏差。
在調(diào)速器中做頻率差值的補償程序,使參與調(diào)速器計算的頻率值與系統(tǒng)頻率相同。
在滿足一次調(diào)頻技術要求的基礎上,研究增大調(diào)速器一次調(diào)頻的動作量。
聯(lián)系廠家和中試所重新做調(diào)速器參數(shù)試驗,修改調(diào)速器的具體參數(shù)以適應新的水輪機特性曲線,可以適當增加調(diào)速器PID參數(shù)中的比例放大系數(shù)KP,增加機組調(diào)速器調(diào)節(jié)速率,提高動作積分電量。
加強核對調(diào)速器相關信號的準確度,尤其是水頭信號。
確認水輪機特性曲線與實際運行情況相符。
采用負荷控制直接調(diào)整機組有功功率。
調(diào)整機組運行方式,盡量不在滿負荷狀態(tài)下運行,為一次調(diào)頻動作調(diào)整負荷留出負荷空間。
做好一次調(diào)頻在此狀態(tài)下動作不合格的考核申訴,提出免考申請。
美國GE公司生產(chǎn)的Woodward Micronet Plus調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)品性能優(yōu)良,但是程序完全對用戶封閉,電廠沒有程序修改權限。協(xié)調(diào)廠家修改控制程序后,在機組上重新申請做實驗,控制邏輯動作準確,一次調(diào)頻動作積分電量也滿足南方電網(wǎng)公司一次調(diào)頻考核目標,此后未發(fā)生考核事件,也保證了機組穩(wěn)定運行,為電廠和公司挽回經(jīng)濟損失。