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(jī)組，總裝機(jī)容量 85 MW，其中一級電站1、2 號機(jī)各30 MW，二級電站3、4 號機(jī)組各12.5 MW。一、二級電站都是采用二機(jī)一變的擴(kuò)大單元接線，通過聯(lián)絡(luò)線匯總接入杭州電網(wǎng)。一、二級電站相距約8 km，集控中心設(shè)置在二級電站。該電站是目前杭州地區(qū)電網(wǎng)最大的水電站，也是杭州地區(qū)電網(wǎng)的黑啟動源，在保障電網(wǎng)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(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的技改工作，調(diào)速系統(tǒng)采用武漢三聯(lián)水電控制設(shè)備有限公司的PWST-16 型水輪機(jī)調(diào)速器。

2019年4月發(fā)生了一起開關(guān)站線路開關(guān)雷擊跳閘事故，3、4 號機(jī)組甩負(fù)荷后調(diào)速器壓回機(jī)組轉(zhuǎn)速，進(jìn)入帶廠用電的孤網(wǎng)運(yùn)行工況。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行工況時出現(xiàn)機(jī)組頻率波動及電壓逐漸升高的情況。這種情況對孤網(wǎng)運(yùn)行廠用電的電能質(zhì)量造成極大影響，無法滿足電站保廠用電的電能質(zhì)量要求，也使全廠設(shè)備的安全運(yùn)行存在安全隱患。

1 孤網(wǎng)運(yùn)行工況時頻率、電壓不穩(wěn)定的原因分析

線路開關(guān)雷擊跳閘，3、4 號機(jī)組同時甩負(fù)荷后調(diào)速器壓回機(jī)組轉(zhuǎn)速，進(jìn)入帶廠用電的孤網(wǎng)運(yùn)行工況。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行時出現(xiàn)了機(jī)組頻率大幅度波動、機(jī)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(fù)荷后3、4 號機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)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(yuǎn)方增磁、遠(yuǎn)方增頻動作輸出。經(jīng)過對孤網(wǎng)運(yùn)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(diào)速系統(tǒng)的調(diào)功機(jī)制得出造成頻率波動問題的原因如下：機(jī)組進(jìn)入上述孤網(wǎng)運(yùn)行工況時，機(jī)組開關(guān)在合位，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)功段未退出閉環(huán)調(diào)節(jié)，始終開出脈沖命令至調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載開度調(diào)節(jié)，當(dāng)導(dǎo)葉開度在監(jiān)控系統(tǒng)的命令下增大則造成機(jī)組頻率升高，當(dāng)機(jī)組頻率升高超過死區(qū)后調(diào)速系統(tǒng)自動切換進(jìn)入負(fù)載頻率調(diào)節(jié)模式，跟蹤頻率變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，這時導(dǎo)葉開度又重新壓回，調(diào)速器頻繁在兩種調(diào)節(jié)模式下切換，如此反復(fù)造成導(dǎo)葉開度來回波動，即無法正常維持頻率穩(wěn)定。

可見，在孤網(wǎng)運(yùn)行工況時，監(jiān)控系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)未退出造成了機(jī)組的頻率波動。同時，無功調(diào)節(jié)未退出則向勵磁系統(tǒng)不斷開出增磁令，造成機(jī)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(diào)速器廠家技術(shù)人員討論后制定了如下解決方案。

（1）調(diào)速系統(tǒng)增加孤網(wǎng)運(yùn)行工況的判斷程序。結(jié)合電站實(shí)際情況，孤網(wǎng)運(yùn)行工況的判斷邏輯為：機(jī)組開關(guān)合位時機(jī)組頻率與50 Hz 頻差超過0.3 Hz，滿足這個條件時，調(diào)速系統(tǒng)發(fā)出“孤網(wǎng)運(yùn)行”信號；當(dāng)頻差小于死區(qū)0.3 Hz 時，經(jīng)延時60 s，孤網(wǎng)運(yùn)行信號復(fù)歸。

（2）調(diào)速系統(tǒng)控制柜至監(jiān)控系統(tǒng)LCU 柜增加“3、4 號機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行”信號的實(shí)點(diǎn)信號線，使調(diào)速系統(tǒng)的孤網(wǎng)運(yùn)行判斷結(jié)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(diào)功段程序。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)接收到調(diào)速系統(tǒng)送來的機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行信號時，監(jiān)控系統(tǒng)退出有功、無功的閉環(huán)調(diào)節(jié)。退出后不再向調(diào)速器發(fā)出開度調(diào)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(diào)節(jié)退出后，需由上位機(jī)軟壓板手動投入后才能重新進(jìn)入閉環(huán)調(diào)節(jié)。

（4）修改調(diào)速系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行工況下的調(diào)節(jié)參數(shù)。通過以上方案的實(shí)施，調(diào)速系統(tǒng)可以及時判斷線路開關(guān)跳閘后的機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行工況，并將判斷結(jié)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(jī)監(jiān)盤人員并退出監(jiān)控系統(tǒng)的有功、無功閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而使機(jī)組的頻率、電壓不受監(jiān)控系統(tǒng)的影響。但是在孤網(wǎng)運(yùn)行條件下機(jī)組頻率受負(fù)荷波動的影響較大，需要通過試驗(yàn)確定一組合適的調(diào)節(jié)參數(shù)，使孤網(wǎng)運(yùn)行工況時有相對優(yōu)質(zhì)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

3 試驗(yàn)及調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

對3、4 號機(jī)組實(shí)施了以上解決方案后需通過試驗(yàn)驗(yàn)證方案實(shí)施的正確性，并確定調(diào)速系統(tǒng)的最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)。

3.1 孤網(wǎng)零升試驗(yàn)

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

圖1 方案實(shí)施優(yōu)化后數(shù)據(jù)曲線

3.2 甩負(fù)荷試驗(yàn)

確定機(jī)組調(diào)速及監(jiān)控系統(tǒng)能夠正確執(zhí)行孤網(wǎng)程序后進(jìn)行模擬雷擊跳閘實(shí)際情況的甩負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)情況為：（1）3、4 號機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)，帶50%額定負(fù)荷；（2）拉開二號主變高壓開關(guān)，模擬雷擊跳閘情況；（3）機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到114%Ne 調(diào)速器調(diào)壓回到50 Hz 左右，進(jìn)入孤網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)模式；（4）監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出孤網(wǎng)運(yùn)行信號，退出3、4 號機(jī)組有功、無功閉環(huán)調(diào)節(jié)；（5）監(jiān)視3、4 號機(jī)組孤網(wǎng)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(jī)組同時甩負(fù)荷后兩臺機(jī)組有功不一致，導(dǎo)葉開度不一致，4 號機(jī)有功為負(fù)，有一定的吸收3 號機(jī)有功的現(xiàn)象。

3.3 調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

針對甩負(fù)荷試驗(yàn)時兩臺機(jī)組有功分配不均及頻率仍有小幅波動的情況，對調(diào)速器的負(fù)載頻率調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行了微調(diào)優(yōu)化，使機(jī)組頻率更加穩(wěn)定，功率分配達(dá)到了更優(yōu)狀態(tài)。優(yōu)化后3 號機(jī)的負(fù)載頻率調(diào)節(jié)參數(shù)為：bt=30%，Td=35 s，Tn=0 s，bp=2%；4 號機(jī)的負(fù)載頻率調(diào)節(jié)參數(shù)為：bt=40%，Td=30 s，Tn=0 s，bp=1%。調(diào)節(jié)參數(shù)優(yōu)化后，經(jīng)再次試驗(yàn)觀察兩臺機(jī)組有功分配合理，未出現(xiàn)機(jī)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(shí)施優(yōu)化后試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線。

4 結(jié) 論

方案實(shí)施后通過模擬實(shí)際事故的甩負(fù)荷試驗(yàn)，驗(yàn)證了在線路開關(guān)跳閘時3、4 號機(jī)組進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行工況下機(jī)組頻率、機(jī)端電壓都能穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)。試驗(yàn)得出的機(jī)組電壓、頻率數(shù)據(jù)能夠滿足電站孤網(wǎng)運(yùn)行保廠用電的電能質(zhì)量要求，之前存在的問題得到 解決。