盛朝輝

（中油國際管道有限公司，北京 100020）

水電廠調速器系統(tǒng)溜負荷一般是指在沒有接到調整負荷指令或未按負荷調整要求執(zhí)行，機組自行減少出力甚至出現(xiàn)有功進相的情況。溜負荷有不易察覺的特性，當事件發(fā)生時影響全廠有功的出力，從而引發(fā)機組有功進相、功率波動或事故跳閘停機等事故[1]。本文針對一起調速器系統(tǒng)在功率閉環(huán)控制模式下進行一次調頻試驗期間溜負荷事件進行了原因分析，并簡述了處理方法及整改措施。

1 事件概況

某電廠為單機容量700 MW 混流式機組，采用SAFR-2 000H型系列調速器系統(tǒng)設備，根據(jù)該電廠機組檢修后啟動并網(wǎng)試驗方案，正在進行調速器功率閉環(huán)模式下一次調頻試驗時，在調速器電柜手/自動控制方式切換過程中發(fā)生溜負荷現(xiàn)象。

1.1 事件經過

22:57:35，調速器電柜控制方式切至“手動”位，試驗人員將仿真試驗儀器由測頻切至發(fā)頻，監(jiān)控系統(tǒng)報“有功PID調節(jié)退出”。

22:57:57，仿真試驗儀器由測頻切至發(fā)頻后，試驗人員將調速器電柜控制方式切至“自動”位。

23:03:58，試驗人員通過調速器仿真試驗儀器向調速器電柜發(fā)出一個+0.1Hz的頻率階躍信號，機組一次調頻動作。機組有功負荷由500 MW 降至391 MW。

23:04:17，試驗人員發(fā)現(xiàn)負荷大幅下降，將調速器電柜控制方式切至“手動”位，機組有功負荷保持在391 MW。

23:05:34，試驗人員申請上位機投入監(jiān)控有功PID 后再次將調速器電柜控制方式切至“自動”位（此時+0.1Hz的頻率階躍信號仍然保持），機組有功負荷再次出現(xiàn)大幅下降，由391 MW 下降至258 MW。

23:05:52，試驗人員發(fā)現(xiàn)負荷波動，再次將調速器電柜控制方式切至“手動”位，機組負荷保持在258 MW。

23:06:10，試驗人員將調速器仿真試驗儀器的頻率階躍信號由+0.1Hz 修改至0Hz，機組一次調頻動作復歸。

23:11:12，試驗人員將調速器電柜控制方式切至“自動”位，機組有功負荷未發(fā)生波動。

23:11:20，上位機操作投入機組有功PID調節(jié)。

1.2 過程分析

調速器做一次調頻試驗，需將調速器仿真試驗儀器由測頻切至發(fā)頻，試驗人員將調速器控制方式切至手動位后，機組有功PID調節(jié)自動退出，調速器功率給定跟蹤機組實發(fā)值。在上位機未投入機組有功PID 調節(jié)的情況下，試驗人員開始進行頻率階躍試驗，通過調速器仿真試驗儀器發(fā)出+0.1Hz的頻率階躍信號至調速器電柜，調速器一次調頻動作，機組有功實發(fā)理論應下降17.5 MW，但由于此時調速器功率給定跟蹤機組有功實發(fā)值，調速器功率給定隨實發(fā)值減小。同時，由于一次調頻信號未復歸，一次調頻動作量再次下調機組有功17.5 MW，如此往復造成機組連續(xù)兩次負荷急速下降。最終試驗人員將頻率階躍復歸（頻率設置為50Hz），一次調頻動作信號復歸，再次將調速器控制方式切至自動位，機組有功未出現(xiàn)波動，上位機操作將有功PID調節(jié)投入，上位機操作將機組有功設值為200 MW。

2 原因分析

事件主要原因是上位機在機組有功PID未投入情況下，通過調速器仿真試驗儀器發(fā)出+0.1Hz頻率階躍信號（一次調頻動作），此時調速器有功給定跟蹤實發(fā)值，引起調速器功率給定一直下降，導致機組溜負荷。

2.1 技術分析

當機組處于發(fā)電狀態(tài)，機組頻率和網(wǎng)頻是同步的，調速器檢測機組頻率和網(wǎng)頻進行比較，如果兩者偏差的絕對值超過調速器人工設定的一次調頻動作死區(qū)，則一次調頻動作，導葉開度（功率）就會按照程序內部固有的關系做相應的調整。這種頻率和開度（功率）的調差變化關系就是“調差特性”的概念，該概念可用圖1 進行表述，橫坐標是開度（功率）百分比，縱坐標是頻差的百分比，繪成曲線，曲線上每一點切線斜率的負數(shù)就是我們常說的“調差率”。負數(shù)的物理意義在于保證調節(jié)的方向正確。

實際運行中的調速器一般是將圖1的曲線簡化成一條直線進行處理，其線性公式（1）如下:

圖1 調速器調差關系曲線

式中:BP為調差系數(shù)；Δf 為頻差，Hz；Δy 為導葉（功率）變化量，MW；Y為機組額定功率，MW。

分子為機組頻率變化率的標幺值，分母為導葉行程的百分比（導葉開度）。將調差公式進行變換，可容易得出如下公式（2）:

從公式（2）可以看出，頻差和導葉開度（功率）偏差有一個計算關系，如果已知頻差Δf 為固定值，那樣反算到導葉開度或功率就有一個固有的偏差值Δy，即調速器動作的理論值。

事件發(fā)生時，調速器在功率閉環(huán)控制模式下正在進行一次調頻試驗，功率模式下邏輯參數(shù)設定機組調差系數(shù)ep等于永態(tài)轉差系數(shù)bp值為4%，即調差公式可寫為以下公式（3）。

調速器在功率模式下的控制邏輯框圖如圖2所示。

從圖2可以看出，當調速器系統(tǒng)出現(xiàn)頻差時（即一次調頻動作）Δf1有值并參與主環(huán)PID 計算，則主環(huán)一直存在輸出控制調節(jié)導葉，此時監(jiān)控功率給定保持不變，導葉動作后功率反饋會相應變化，此時有功會出現(xiàn)Δp，Δp再與bp( ep)環(huán)在系統(tǒng)邏輯中進行計算Δf2，再在負反饋單元中與Δf1進行比較，直至Δf1與Δf2相等為止，此時主環(huán)輸出為零，待一次調頻動作復歸后，功率反饋會調節(jié)至原功率給定值（AGC未下達最新功率給定情況下）。

此次事件中在調速器仿真試驗儀器發(fā)出+0.1Hz的頻率階躍信號后，系統(tǒng)一次調頻動作，即Δf1=0.1Hz，再去除一次調頻動作死區(qū)后通過公式（3）反算，此時負荷調節(jié)量理論值Δp 應為17.5 MW，但由于上位機有功PID 調節(jié)退出，功率給定跟蹤實發(fā)值，Δp始終為零，導致主環(huán)反饋單元計算始終有值，因此在一次調頻未復歸的情況下，調速器會一直調負荷，這才導致了溜負荷的情況。該電廠一次調頻策略是:有功PID 投入，調速器優(yōu)先跟蹤有功設定值，一次調頻動作期間，有功是二者疊加的結果，一次調頻復歸后，有功跟蹤PID設定值；有功PID未投入，調速器在功率閉環(huán)模式下有功設定值為當前實發(fā)值，一次調頻動作期間，每個計算周期都會以當前實發(fā)值為基準，進行增/減負荷操作，若頻差一直存在，則一次調頻動作持續(xù)，有功不斷變化。

圖2 調速器在功率模式下的邏輯圖

3 暴露的問題及整改措施

3.1 暴露問題

（1）試驗人員安全意識不強，工作匯報制度落實不夠，試驗前未對試驗中可能出現(xiàn)的安全風險進行分析；試驗中發(fā)現(xiàn)大綱要求調速器在手動方式下監(jiān)控投入有功PID調節(jié)無法實現(xiàn)的問題上未能引起足夠重視，未能認真分析調速器切自動、監(jiān)控投入有功PID 調節(jié)與加入一次調頻頻差的正確順序；試驗后未能及時匯報試驗中的異常情況。

（2）試驗責任意識不強，未能全面檢查設備是否處于正常接線或正常運行狀態(tài)，導致監(jiān)控未投入有功PID 的工況下，調速器系統(tǒng)始終發(fā)出+0.1Hz 的頻率階躍信號，從而引起問題發(fā)生。

（3）試驗過程中重視進度、忽視安全。試驗人員未能堅持開展危險點分析和預判，忽略操作風險。

3.2 整改措施

（1）原有功PID調節(jié)投入的前提條件為調速器控制方式在自動位，更改邏輯為調速器在功率模式下，調速器進行手自動切換，監(jiān)控有功PID調節(jié)不退出。

（2）加強各專業(yè)人員技術技能的培訓和自我學習，有效提高各專業(yè)試驗人員對相關試驗特別是試驗中的關鍵環(huán)節(jié)及可能出現(xiàn)風險的掌控能力。

（3）加強工作危險點分析，制定預控措施；嚴格執(zhí)行監(jiān)護制度，出現(xiàn)問題立即暫停試驗，待原因分析透徹后方可繼續(xù)試驗，杜絕出現(xiàn)只重進度，忽略安全和質量的情況。

4 結語

調速器系統(tǒng)在不同控制模式下均有不同的邏輯計算和配合關系，往往這些關系都是一環(huán)扣一環(huán)，因工作失誤或技術技能水平不足等導致任何一環(huán)出現(xiàn)問題，都會造成異常的出現(xiàn)，甚至事故的發(fā)生。在試驗期間對設備控制邏輯認識不清、麻痹大意、責任意識不強直接導致了這次溜負荷事件，筆者對該事件進行了詳細的分析同時也給電廠工作人員敲響了警鐘，希望能對同類電廠處理類似問題提供參考[2]，以便提前采用有效措施保證機組安全穩(wěn)定運行。