水輪發電機組一次調頻試驗機械死區的分析與研究

先 嘉， 王 謙， 楊 其 忠

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

水輪發電機組一次調頻試驗機械死區的分析與研究

先 嘉， 王 謙， 楊 其 忠

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

水輪發電機組調節系統必須具備一次調頻死區，其是機組在額定轉速附近對轉速差或頻率差的不靈敏區。當轉速差或頻率差超過該死區時，調節系統應作出相應的調整。介紹了對某電站現場進行一次調頻性能考核試驗中發現機組在模擬網頻變化超過調節系統人工死區時機組實際有功功率呈現出隨機響應的情況進行的研究和處理過程。

水輪發電機組；一次調頻死區；機械死區；有功功率；隨機響應；研究處理

1 概 述

水輪發電機組調節系統必須具備一次調頻死區，它是指一次調頻調節系統在額定轉速附近對轉速差或頻率差的不靈敏區，當轉速差或頻率差超過該死區時，調節系統應作出相應的調整以保證電網及發電機組的安全運行，并充分發揮發電機組的一次調頻能力，使并網運行機組隨時適應電網負荷和頻率的變化，以提高電能質量及電網頻率的控制水平。

水輪發電機組一次調頻性能考核試驗是通過對水電廠機組進行一次調頻試驗以檢驗機組一次調頻功能，在確保機組安全穩定運行的情況下，測試并確定機組一次調頻運行參數以滿足一次調頻性能要求。筆者介紹了在某水電站現場進行一次調頻試驗時發現機組的隨機響應行為，并對此進行了分析研究。

2 試驗過程

受業主方委托，筆者進場對某水電站發電機組進行了調速器一次調頻性能考核試驗。該機組額定功率為10 MW，已投運2 a。試驗時，筆者將同一模擬網頻變化的信號多次送入調速器PT端口后，導葉開度電信號輸出響應明顯，但試驗要求考核的有功功率響應則表現為多種不確定的隨機結果，歸納之后為三種模式：有功功率跟隨響應、有功功率不跟隨響應、有功功率輕微響應。

這種不確定的試驗結果不能滿足一次調頻性能試驗要求。如何給該電站一個合理的解釋存在極大的困難。鑒于此，筆者在現場進行了大量的反復試驗，并主觀改變各種試驗條件，然后將這些試驗結果分組對比進行相關分析和趨勢分析，使其原始表象逐漸浮現出來。

3 分析與研究過程

筆者首先將輸入的模擬網頻逐步降低，待機組的實際有功功率開始完全響應后，將試驗置于一個新的起點，然后將模擬網頻反方向升高0.25 Hz,試驗結果為導葉開度正常響應，而有功功率完全沒有響應。在不改變現狀的條件下，繼續升高模擬網頻0.25 Hz，試驗結果為導葉開度和有功功率均正常響應。降低模擬網頻的試驗結果除方向相反外，其規律是一致的。試驗表明：只有連續兩次及以上向同方向改變較大模擬網頻達到一個闕值時，才能使有功功率發生跟隨響應。

正常情況下，機械調速機構在接到調節指令后，力的傳遞從接力器開始，通過各機械聯接及傳動部件后抵達控制流量的機械終端，如導葉開度、噴針行程等，當該過程中的所有機械間隙符合設計要求，則調節機構既能保證調節中可靠的運動性且不會產生松動。一旦這些環節產生松動間隙，調速器在模擬網頻變化的調節過程中其力的傳遞將不能充分跟隨響應，最終導致機械流量控制終端不能或不完全實現目標控制，從而表現為有功功率不響應或不完全響應。

根據對試驗情況進行的分析與研究以及現場對調速器系統的觀察，筆者初步確定是調節系統在改變當前有功功率的過程中，因調速器機械系統聯接及傳動部件間存在擴大化間隙，使有功功率調節時在力的傳遞過程中必須首先克服這類間隙后才能真正實施調節，這類引起有功調節不能同步于調節指令的間隙即為機械死區。筆者在試驗中發現并提出機械死區對一次調頻試驗影響的觀點曾引起各方面較多的質疑，但隨著一次調頻試驗的深入開展，機械死區影響試驗結果這一客觀存在的現象已逐漸被業主、電站技術人員及調速器制造商所認同。

4 處理意見與取得的結果

筆者在歸納總結了上述試驗分析研究和觀察結果后，與業主、電站技術人員以及調速器廠家的技術人員討論協商后確定試驗中有功功率隨機響應產生的原因為：

(1)調節系統在力傳遞過程中各聯接及傳動部件磨損過度。

(2)在機組調試過程中或關機后存在誤操作，導致調節系統各聯接及傳動部件在鎖定投入狀態中動作而增大了機械間隙。

(3)在機械加工過程中公差配合間隙超出合理范圍。

考慮到針對以上原因實施處理耗時耗力，筆者提出了檢查并修復或更換一些容易處理的聯接及傳動部件后再次進行試驗檢驗的措施并予以實施，最終成功消除了一部分機械死區。但就目前情況而言，要盡量消除該機械死區只能留待機組大修時徹底檢查和更換調節系統各聯接及傳動部件才有可能徹底、有效地予以解決。

5 結 語

此次在某水電站遭遇到的機械死區問題不僅僅是個例。根據筆者及筆者其他同事從事大量現場試驗情況的匯總得知，調節系統出現機械死區的機組主要發生在老舊機組及小型機組中，大型及新投運機組則只發生過一例。因此，筆者認為：老舊機組調節系統產生上述故障的原因是在力傳遞過程中各聯接及傳動部件磨損過度以及在調節系統鎖定投入時人為誤操作造成的。小型機組可能是在機械加工過程中公差配合間隙超出合理范圍引起故障的產生。因此，對存在機械死區問題的水電站必須重視檢修工作，努力消除產生機械死區的原因，使機組一次調頻試驗滿足電網要求。同時，機械死區是否是影響機組有功功率跟隨響應的唯一原因尚待有機械死區存在的水電站進行機組大修并處理該問題后實施進一步的試驗加以證實。

先 嘉(1982- )，男，四川犍為人，工程師，從事水電站機組調試試驗工作；

王 謙(1985- )，男，重慶豐都人，工程師，從事水電站機組調試試驗工作；

楊其忠(1948- )，男，四川成都人，高級工程師，原從事水電站機組調試試驗工作.

(責任編輯：李燕輝)

2017- 01- 10

TV7;TV737

B

1001- 2184(2017)04- 0092- 02