華光潭電站機組孤網運行工況的優化

周海峰，王 放

（浙江浙能華光潭水力發電有限公司，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電機組，總裝機容量 85 MW，其中一級電站1、2 號機各30 MW，二級電站3、4 號機組各12.5 MW。一、二級電站都是采用二機一變的擴大單元接線，通過聯絡線匯總接入杭州電網。一、二級電站相距約8 km，集控中心設置在二級電站。該電站是目前杭州地區電網最大的水電站，也是杭州地區電網的黑啟動源，在保障電網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號機組調速系統的技改工作，調速系統采用武漢三聯水電控制設備有限公司的PWST-16 型水輪機調速器。

2019年4月發生了一起開關站線路開關雷擊跳閘事故，3、4 號機組甩負荷后調速器壓回機組轉速，進入帶廠用電的孤網運行工況。當機組進入孤網運行工況時出現機組頻率波動及電壓逐漸升高的情況。這種情況對孤網運行廠用電的電能質量造成極大影響，無法滿足電站保廠用電的電能質量要求，也使全廠設備的安全運行存在安全隱患。

1 孤網運行工況時頻率、電壓不穩定的原因分析

線路開關雷擊跳閘，3、4 號機組同時甩負荷后調速器壓回機組轉速，進入帶廠用電的孤網運行工況。當機組進入孤網運行時出現了機組頻率大幅度波動、機端電壓持續升高的情況，具體表現如表1 所示。

表1 雷擊甩負荷后3、4 號機組孤網運行時存在的問題

觀察發現，此時監控系統開出繼電器有遠方增磁、遠方增頻動作輸出。經過對孤網運行時存在問題的觀察分析及咨詢廠家人員、分析監控及調速系統的調功機制得出造成頻率波動問題的原因如下：機組進入上述孤網運行工況時，機組開關在合位，計算機監控系統調功段未退出閉環調節，始終開出脈沖命令至調速系統進行負載開度調節，當導葉開度在監控系統的命令下增大則造成機組頻率升高，當機組頻率升高超過死區后調速系統自動切換進入負載頻率調節模式，跟蹤頻率變化進行調節，這時導葉開度又重新壓回，調速器頻繁在兩種調節模式下切換，如此反復造成導葉開度來回波動，即無法正常維持頻率穩定。

可見，在孤網運行工況時，監控系統有功調節未退出造成了機組的頻率波動。同時，無功調節未退出則向勵磁系統不斷開出增磁令，造成機端電壓的逐步升高，直至觸發勵磁系統過勵限制。

2 提出解決方案

針對問題原因，匯同監控系統及調速器廠家技術人員討論后制定了如下解決方案。

（1）調速系統增加孤網運行工況的判斷程序。結合電站實際情況，孤網運行工況的判斷邏輯為：機組開關合位時機組頻率與50 Hz 頻差超過0.3 Hz，滿足這個條件時，調速系統發出“孤網運行”信號；當頻差小于死區0.3 Hz 時，經延時60 s，孤網運行信號復歸。

（2）調速系統控制柜至監控系統LCU 柜增加“3、4 號機組孤網運行”信號的實點信號線，使調速系統的孤網運行判斷結果可以發送到監控系統。

（3）監控系統修改有功、無功調功段程序。當監控系統接收到調速系統送來的機組孤網運行信號時，監控系統退出有功、無功的閉環調節。退出后不再向調速器發出開度調節命令，也不在再向勵磁系統發出增減磁命令。監控系統有功、無功的閉環調節退出后，需由上位機軟壓板手動投入后才能重新進入閉環調節。

（4）修改調速系統孤網運行工況下的調節參數。通過以上方案的實施，調速系統可以及時判斷線路開關跳閘后的機組孤網運行工況，并將判斷結果送至監控系統，由監控系統發信號通知上位機監盤人員并退出監控系統的有功、無功閉環調節，從而使機組的頻率、電壓不受監控系統的影響。但是在孤網運行條件下機組頻率受負荷波動的影響較大，需要通過試驗確定一組合適的調節參數，使孤網運行工況時有相對優質的調節品質。

3 試驗及調速系統參數優化

對3、4 號機組實施了以上解決方案后需通過試驗驗證方案實施的正確性，并確定調速系統的最優調節參數。

3.1 孤網零升試驗

3、4 號機組分別帶二號主變零升試驗（二號主變高壓開關分），試驗步驟為：（1）檢查機組熱備用條件、開機條件滿足；（2）做好機組孤網零升措施；（3）機組開機至空運態；（4）合上機組開關；（5）操作勵磁系統起勵，監視機端電壓正常；（6）監視電壓正常后倒換廠用電到機組10.5 kV 母線。此時機組進入帶廠用電的孤網運行狀態，監控系統正確收到機組孤網運行信號，退出有功、無功閉環調節。監視機組頻率、電壓是否穩定，根據機組的頻率波動情況對調速器的調節參數進行初步觀察修改。

圖1 方案實施優化后數據曲線

3.2 甩負荷試驗

確定機組調速及監控系統能夠正確執行孤網程序后進行模擬雷擊跳閘實際情況的甩負荷試驗，試驗情況為：（1）3、4 號機組開機并網，帶50%額定負荷；（2）拉開二號主變高壓開關，模擬雷擊跳閘情況；（3）機組轉速上升到114%Ne 調速器調壓回到50 Hz 左右，進入孤網頻率調節模式；（4）監控系統發出孤網運行信號，退出3、4 號機組有功、無功閉環調節；（5）監視3、4 號機組孤網頻率及電壓波動情況基本正常，頻率在49～51 Hz 波動。觀察發現，3、4 號機組同時甩負荷后兩臺機組有功不一致，導葉開度不一致，4 號機有功為負，有一定的吸收3 號機有功的現象。

3.3 調速系統參數優化

針對甩負荷試驗時兩臺機組有功分配不均及頻率仍有小幅波動的情況，對調速器的負載頻率調節參數進行了微調優化，使機組頻率更加穩定，功率分配達到了更優狀態。優化后3 號機的負載頻率調節參數為：bt=30%，Td=35 s，Tn=0 s，bp=2%；4 號機的負載頻率調節參數為：bt=40%，Td=30 s，Tn=0 s，bp=1%。調節參數優化后，經再次試驗觀察兩臺機組有功分配合理，未出現機組電壓上升情況，電壓穩定在10.2 kV，頻率在49.6～50.3 Hz 波動。圖1 為方案實施優化后試驗數據曲線。

4 結 論

方案實施后通過模擬實際事故的甩負荷試驗，驗證了在線路開關跳閘時3、4 號機組進入孤網運行工況下機組頻率、機端電壓都能穩定在要求范圍內。試驗得出的機組電壓、頻率數據能夠滿足電站孤網運行保廠用電的電能質量要求，之前存在的問題得到 解決。