某電站調速器負荷異常波動分析

李甜甜，黃文明，李 博

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610021）

某電站調速器負荷異常波動分析

李甜甜，黃文明，李 博

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610021）

針對某電站1號機調速器負荷波動情況，結合監(jiān)控數(shù)據(jù)繪制曲線，對照水輪機運轉特性曲線，分析在當時的水頭下，機組運行范圍超出機組正常運行范圍，水輪機效率急劇下降，從而導致導葉和槳葉打開，而機組出力反而下降的情況。本文重點分析了負荷波動發(fā)生的原因，并討論了防范此類事件發(fā)生的措施，對同類型電站具有一定的參考意義。

調速器；負荷波動；分析

1 電站調速器系統(tǒng)簡介

某水電站位于四川雅礱江上，以發(fā)電為主，兼具蓄能、蓄洪和攔沙作用。是雅礱江水電基地下游最后一個梯級電站，電站裝設4臺150 MW軸流轉槳式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為600 MW。

該電站水輪機控制系統(tǒng)采用南瑞集團公司生產的SAFR2000H型微機調速系統(tǒng)。其微機調節(jié)器部分采用了貝加萊公司的PCC2005控制器為核心，機械液壓部分則選用了BOSCH公司的比例伺服閥作為電液轉換單元，GE-20000和GE-5000(美國GE公司)作為主配壓閥，電源、控制模塊、傳感器、電液轉換等全部采用了雙冗余配置，且采用了第三方智能切換單元作為仲裁判斷，軟件部分則采用了南瑞公司專有的改進型并聯(lián)PID算法、雙微分算法等。

2 調速器負荷異常波動原因分析

2.1 事件概述

2015年11月10日11：15左右，1號機組在開度模式下運行，有功設定值為145 MW，有功實發(fā)值為140MW，水頭為18.6m，導葉開度為78.75%，槳葉開度為99.5%。

11：15：51，運行人員下發(fā)有功設定值144 MW后，導葉逐步開至100%，槳葉逐步開至100%，機組出力逐步下降至93.4 MW，機組劇烈振動。

11：18：18，運行人員下發(fā)有功設定值130 MW后，機組出力保持不變。

11：18：44，運行人員下發(fā)有功設定值90 MW后，導葉逐步關至54.9%，當導葉回關至78%后槳葉在協(xié)聯(lián)的作用下也逐步關至56.5%，機組出力由93.4 MW逐步上升至144.6 MW，又逐步下降至92.4 MW，然后機組穩(wěn)定運行。

2.2 數(shù)據(jù)波形分析

調速器負荷異常波動后，調取監(jiān)控系統(tǒng)相關歷史數(shù)據(jù)，1號機有功給定、有功反饋、導葉開度、槳葉開度變化如圖1所示。

圖1 有功給定、有功反饋、導葉開度、槳葉開度變化圖

從圖1的開始部分可以看出，1號機組有功設定值為145 MW，而機組出力為140 MW，兩者存在偏差的原因為：開度模式下，監(jiān)控系統(tǒng)調整有功的策略為，當監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)有功設定值后，監(jiān)控系統(tǒng)將有功設定值和機組出力的有功偏差值經(jīng)過計算轉化為相應的脈沖量（調速器根據(jù)接收的脈沖寬度來調整導葉的開度，2.78%開度/s）下發(fā)給調速器控制系統(tǒng)，使之調節(jié)導葉，當有功偏差小于監(jiān)控系統(tǒng)的有功調節(jié)死區(qū)（±3 MW）持續(xù)20 s后，本次調節(jié)結束，若此后因水頭變化或壓力波動等原因導致有功偏差超過死區(qū)時，監(jiān)控系統(tǒng)將不再進行調節(jié)，直至有新的有功設定值下發(fā)時才進行新的調節(jié)。

11：15：51，在18.6 m水頭下，運行人員重新下發(fā)有功設定值144 MW后，機組出力為140 MW，有功偏差為正偏差，監(jiān)控系統(tǒng)會給調速器下發(fā)增脈沖，導葉開至全開，而機組出力下降至93.4 MW。

11：18：18，運行人員下發(fā)有功設定值130 MW后，此時機組出力為93.4 MW，有功偏差為正偏差，監(jiān)控系統(tǒng)會給調速器下發(fā)增脈沖，而此時導葉已全開，機組狀態(tài)保持不變。

11：18：44，運行人員下發(fā)有功設定值90 MW后，此時機組出力為93.4 MW，有功偏差為負偏差，監(jiān)控系統(tǒng)會給調速器下發(fā)減脈沖，導葉逐步關至

54.9 %，當導葉回關至78%后槳葉在協(xié)聯(lián)的作用下也逐步關至56.5%，機組出力由93.4 MW逐步上升至144.6 MW，隨著導葉的回關又逐步下降至92.4 MW，后機組穩(wěn)定運行。

2.3 調速器負荷異常波動原因分析

圖2為水輪機預期運轉特性曲線，粗體黑色邊框部分為機組的正常運行范圍，機組正常運行范圍內，機組的出力效率高。由水輪機運轉特性曲線可知，機組在18.6 m水頭時，機組最大出力約為140 MW，此時水輪機效率約為94%，導葉開度約為78%，槳葉開度約為95%。如果機組運行區(qū)間超出特性曲線中的正常運行范圍，機組效率將會急劇降低，機組達到該水頭下的最大出力后，如果繼續(xù)開導葉和槳葉，水輪機進、出口速度三角形將會發(fā)生改變，水輪機不再處于最優(yōu)工況，水流在葉片的進口處就會出現(xiàn)脫流和漩渦，從而產生渦流損失和撞擊損失。反映到機組出力上來，就會出現(xiàn)，導葉和槳葉打開，出力反而下降的現(xiàn)象。

圖2 水輪機預期運轉特性曲線

結合以上分析，對照圖1的負荷波動曲線可知，此次1號機調速器負荷波動的原因為：在18.6 m的水頭下，機組的最大出力只能帶到140 MW左右，導葉開度78.75%，槳葉開度99.5%，監(jiān)控下發(fā)有功設定值超過此時的最大出力值，監(jiān)控系統(tǒng)給調速器下發(fā)增脈沖，使導葉增加開度，機組超出運轉特性曲線后，機組的效率降低，從而導致機組的負荷降低，此時有功偏差一直存在，監(jiān)控系統(tǒng)的增脈沖也一直存在，從而使導葉和槳葉均逐步開至全開。

2.4 預控措施

（1）在開度模式下監(jiān)控系統(tǒng)在原有功調節(jié)策略的前提下，增加有功偏差超過一定值后報警，電站運行人員根據(jù)該報警信號，人為判斷，對機組有功進行調整。

（2）電站運行人員在下發(fā)有功設定值前，先檢查當前的水頭，下發(fā)有功設定值時不要超過當前水頭下機組的最大出力。

（3）若再次出現(xiàn)有功設定值超過當前水頭下機組的最大出力時，電站運行人員應立刻重新下發(fā)一個比當前負荷略小的有功設定值。

（4）結合水輪機運轉特性曲線，對不同水頭下的機組最大有功在監(jiān)控有功設定程序中進行限制，當有功設定超出機組該水頭下的最大出力時，有功給定令不予開出，并作出報警提示。

3 結語

本文針對某電站1號機調速器負荷波動現(xiàn)象，分析了導致該現(xiàn)象的原因，并制定了相應的預控措施，對同類型的電站分析和處理類似情況可起到一定的參考作用。

[1]魏守平.現(xiàn)代水輪機調節(jié)技術[M].武漢：華中科技大學出版社，2002.

[2]吳建榮，王秀梅.二灘水電站5號機組負荷波動原因分析及處理[J].四川電力技術，2012，35(1):22-23，76.

[3]魏守平，王雅軍，羅 萍.數(shù)字式電液調速器的功率調節(jié)[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2003，27(4):20-22.

TK730.4+1

：B

：1672-5387（2017）03-0025-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.03.007

2016-06-16

李甜甜（1985-），男，工程師，從事水電站電氣二次設備運行、維護、檢修工作。