混流式水輪發電機組自動開機并網超時淺析

張 海，曹德勤，邱 凱

（五凌電力有限公司，湖南 長沙410004）

0 引 言

五凌電力發電集控中心成立于2010年3月，目前有12座常規水電廠、54臺機組已全部接入遠程集控。集控中心將12個電廠劃分為5個區域，實行“一人一席多廠”的區域值班模式。集控電廠所有電力全部送至湖南電網，因水電機組具有開機并網、增減負荷快速的特點，是湖南電網調峰調頻、事故備用的重要電源支撐。水電機組快速開機并網成功的關鍵，在于開機流程、調速器系統、水頭等相關參數設置合理。五凌集控碗米坡、托口、五強溪水電廠均出現過因參數設置不合理導致開機不成功的情況，因此有必要對水電機組在各種水頭變化工況下快速成功開機并網運行情況進行相關分析，以切實提高水電機組自動開機的成功率。

1 碗米坡、托口、五強溪電廠概況

1.1 碗米坡電廠概況

碗米坡水電廠位于沅水流域的支流酉水中游，安裝3臺單機容量為80 MW的混流式水輪發電機組。水庫正常蓄水位248 m，死水位238 m，額定水頭39 m、最小工作水頭34.67 m，轉動慣量1 7400 T·m2。

1.2 托口電廠概況

托口水電廠位于沅水中上游，安裝4臺單機容量為200 MW的混流式水輪發電機組。水庫正常蓄水位250 m，死水位235 m，額定水頭54 m、最小工作水頭43.85 m，轉動慣量100 000 T·m2。

1.3 五強溪電廠概況

五強溪水電廠沅水干流中下游，安裝5臺單機容量為240 MW的混流式水輪發電機組。水庫正常蓄水位108 m，死水位90 m，額定水頭44.5 m、最小工作水頭36.1 m，轉動慣量180 000 T·m2。

2 五凌集控電廠開機超時事件

2.1 碗米坡電廠開機超時事件

2015年6月21 日，碗米坡電廠開機前，上游水位247.53 m，尾水位206 m，水頭41.53 m。五凌發電集控中心遠程開碗米坡電廠#1機并網過程中，#1機從空載至并網過程未執行。現場檢查微機準同期裝置報警信息為“機組轉速升不上”，調速器電氣控制柜顯示#1機導葉開度、電氣開限均為16.18%。集控遠程開#2機過程中出現同樣情況，值班人員臨時增加調速器導葉電氣開限，自準并網正常。

2016年4月16 日，碗米坡電廠上游水位247.72 m，尾水位205.76 m，水頭41.96 m。五凌發電集控中心遠程開碗米坡電廠#2機并網過程中，出現了開機并網超時情況。現場檢查微機準同期裝置報警信息為“機組轉速升不上”，調速器電氣控制柜顯示#2機導葉開度、電氣開限均為16.18%。手動將電氣開限值修改為20%后，再次發開機令，#2機組自準并網正常。

2.2 托口電廠開機超時事件

2017年4月15 日，托口電廠開機前，上游水位241.35 m，尾水位187.81 m，水頭53.54 m。五凌發電集控中心遠程開托口電廠#1機，開機至并網時，同期合斷路器超時報警，開機流程復歸。重新發#1機并網令，并網成功。

2017年5月5 日，托口電廠開機前上游水位241.01 m，尾水位187.89 m，水頭53.12 m。五凌發電集控中心遠程開#1機過程中，機組頻率小于49 Hz，并網不成功，而再次遠程開#1機并網成功。事后，電廠人工修改了調速系統運行水頭。

2.3 五強溪電廠開機超時事件

2017年4月12 日06:04，五強溪電廠開機前，上游水位98.85 m，尾水位51.34 m，水頭47.51 m。五凌發電集控中心遠程開#1機組并網過程中，機組開機并網超時，再次遠程開#1機組并網正常。

2017年5月4 日15:58，五強溪電廠開機前，上游水位95.20 m，尾水位51.44 m，水頭43.76 m。五凌發電集控中心遠程開五強溪電廠#1機組并網過程中，機組開機并網超時，再次遠程開#1機組并網不成功。經重新調整水頭與導葉開度之間的協聯參數后，并網正常。

3 開機超時處理措施

3.1 優化機組水頭與導葉空載開限協聯參數

碗米坡、托口、五強溪電廠根據多年運行經驗，參考水輪機生產廠家、湖南省電科院等專家意見，對機組不同水頭下的空載開限參數進行了優化整定[1-2]。

碗米坡電廠機組空載開限整定表如表1所示，碗米坡電廠機組空載開限整定曲線如圖1所示。

表1 碗米坡電廠機組不同水頭下空載開限整定表

圖1 碗米坡電廠機組不同水頭下空載開限曲線

托口電廠通過機組不同水頭下穩定性試驗分析討論后，修改水頭/導葉開度協聯曲線參數，將調速器水頭控制方式設置為手動控制方式，并將水頭設置為固定值50.5 m[1-2]。

托口電廠機組空載開限整定表如表2所示。

表2 托口電廠機組不同水頭下空載開限整定表

托口電廠機組空載開限整定曲線，如圖2所示。

圖2 托口電廠機組不同水頭下空載開限曲線

五強溪電廠根據多年運行經驗對調速器開限參數進行了優化[1-2]，五強溪電廠機組空載、負載開限整定表如表3所示，機組空載、負載開限整定曲線如圖3所示。

表3 五強溪電廠機組空載、負載開限整定表

圖3 五強溪電廠機組空載、負載開限整定曲線

自碗米坡、托口、五強溪電廠調整機組水頭和機組空載導葉開限協聯關系參數后，機組未再出現開機超時現象。結合上述情況可以得出，該項措施是解決因水頭變化導致開機超時的有效措施。

3.2 及時清除機組進水口攔污柵前沉渣

從以上三廠開機超時事件分析可知，開機并網不成功的情況基本發生在運行水頭較低時。混流式機組的低水頭時期一般是水電廠的汛期，即電廠水質變差，攔污柵前沉渣、浮渣較多，攔污柵壓差增大，進一步降低了機組運行水頭。機組開機時，攔污柵前沉渣會導致機組測量水頭降低，產生跳變或失真現象，影響機組正常開機并網運行。五強溪電廠采用清渣機及時清理和機組甩小負荷反沖清渣方式，效果較好。

3.3 適當調整機組同期裝置啟動并網時間或者頻率偏差限值

在滿足電網并網要求的前提下，適當增加機組同期裝置并網時限和頻率偏差限值，可有效提高機組并網成功率。五強溪電廠采取將同期裝置并網頻率偏差限制由0.1 Hz修改為0.15 Hz[3]，特別是水頭較低的情況下，效果非常明顯。

4 結 論

電網安全運行對混流式水輪發電機組在自動開機時有較嚴格的時間限制，而水頭變化對開機并網時的轉速影響較大。為在規定時限內使機組正常開機并網，須減小水頭變化對機組轉速的影響，最關鍵的是優化機組調速器水頭和導葉開度之間的協聯關系。實踐表明，五凌集控碗米坡、托口、五強溪電廠采取的措施可靠、有效，可作為同類電廠的參考。

參考文獻：

[1] 王 冰，楊德曄.中國水力發電工程機電卷[M].北京：中國電力出版社，2000：235-246.

[2] 鄭 源，陳德新.水輪機[M].北京：中國水利水電出版社，2011：209-224.

[3] 陸燕蓀，陸延昌.中國電氣工程大典[M].北京：中國電力出版社，2010：445-470.