亭子口水电站调速器负荷波动分析与处理

李宏博

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)



亭子口水电站调速器负荷波动分析与处理

李宏博

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

根据亭子口水电站机组运行过程中出现的机组负荷波动现象进行分析，从各项检查中逐步排除引起负荷波动的原因并进行处理，改善了调速器调节的稳定性。

调速器 负荷波动 调速器调节 开度模式 亭子口水电站 原因分析 处理措施

1 概述

亭子口水电站混流式机组装机容量4×275MW，使用的是能事达公司MGC4000系列调速器，该套系统采用了高性能双微机调节器作为控制核心，为A套控制伺服电机B套控制伺服比例阀的双调节型调速器。调速器采用频率模式及开度模式运行，在开机过程中采用频率模式，自动跟踪调节频率的稳定；并网后采用开度模式，根据监控下发调节指令相互配合进行负荷调节。

3号机组于2014年3月16日21∶36带25万最大负荷进入72h试运行，3月19日22∶27监盘发现机组调整负荷为200MW，负荷波动较大，为190MW～210MW，调速器油泵不足2min启动一次，现地检查3号机组接力器往复动作频繁。调整3号机组负荷至180MW现象一致；负荷为3MW时，机组调速器接力器无明显波动，压油罐压力恢复正常。在该次负荷波动发生后一周时间内，该机组在运行调节过程中还多次发生波动现象。针对以上情况，维护人员对3号机进行了200MW→220MW→200MW负荷调整试验，发现在当前水头下，200MW的有功功率调整对应的导叶开度值在6%～7%之间，在A套切B套，B套切A套，再切机手动运行过程中，未见导叶接力器来回抽动，有功功率调节平滑，但发现主配压阀有小幅抽动现象。

图1 负荷调整后出现的波动截图

2 原因分析

调速器处于自动运行时，导叶开度跟随PID给定值变化，PID给定值出现波动或者导叶接力器反馈出现波动，都会引起调速器异常调节。算式如下：

Ypid=Yg+(Δf+bp(Y-Yg))(kp+ki+kd)

式中：Ypid——本周期PID给定值；Yg——开度给定值，由监控增减命令进行调整；Δf——机组频率与额定频率之差；Y——导叶开度反馈；kp——比例阀系数；ki——积分系数；kd——微分系数。

(1)PID控制参数(kp+ki+kd)设置不正确可能会导致该问题发生；

(2)Δf=f-fg，当机组频率相对于50Hz偏离较多时，调速器就会调整导叶接力器开度，以达到减缓机组频率变化的目的。当调速器处于开度模式调节时，且处于负载运行时，只有机组频率变化大于±0.2Hz之后，调速器才会调整导叶接力器。当调速器处于负载且频率模式运行时，机组频率只要不等于50Hz，调速器就会进行调节。所以，当频率出现波动时可能引起负荷波动；

(3)Yg导叶开度给定值的变化。调速器获得的开度给定值，在远方自动方式下是根据监控下发的增减脉冲在空载开度的基础上累加而来。而监控下发增减脉冲的依据，是功率给定和当前有功功率反馈的差值通过脉宽调制程序运算得来。如果监控在某个区间连续下发调整令，调速器有可能按照其调整令往返调节。所以，监控有功功率变送器出现波动也会引起有功负荷波动而频繁调节；

(4)调速器本身的导叶反馈Y在机组有功处于200MW左右这个开度区间内，位移传感器不稳定，会造成有功波动；

(5)调速器A套伺服电机本身控制性能没有调整好，调整过程中一直存在超调，也会造成导叶接力器往复波动；

(6)调速器由A套切B套运行，有功功率调节虽然平滑，但发现主配压阀仍有小幅抽动现象。可能为比例阀控制死区设置较小，灵敏度较高，造成主配有小幅抽动。

3 检查处理过程

针对以上分析有功波动出现的故障原因，将安排时间逐一进行排查处理。检查思路：先排除是机械原因还是电气原因，如果是机械原因则检查整个机械液压系统；如果是电气原因则检查是调速器内部原因还是外部原因；如果是调速器内部原因，则检查是A机原因还是B机原因还是A、B机公共部分原因。具体如下：

(1)当3号机组带负荷出现波动时，将调速器切机手动，检查有功是否继续波动，如不波动则排除机械原因，则继续查找电气原因。如果有功继续波动，则检查机械液压系统；

(2)如果为电气原因，逐一进行以下排查，对3号机调速器PID控制参数进行核对，经过检查核对没有运维人员对PID参数进行修改，所以(kp+ki+kd)为常数，不是诱发波动的原因；

(3)当3号机组带负荷出现波动时，观察记录调速器触摸屏上采样到的机组频率和系统频率是否有波动，同时观察运行模式是否由“开度模式”切为“频率模式”。如系统频率波动大于0.2Hz，可能为系统引起。据运行人员观察，发现机组有功功率波动时系统频率稳定，考虑到机组当时并入的系统为大电网，系统频率波动一不会太大，二不会很快，所以系统频率波动引起的调速器调节可能性比较小。如果运行模式由“开度模式”切为“频率模式”，机组频率只要不等于50Hz，调速器就会进行调节。通过查看监控历史数据，没有发现并网后2种模式进行过切换，所以可以排除频率偏差引起的负荷波动；

(4)当3号机组带负荷出现波动时，需要观察记录监控下发远方增减脉冲的次数是否在合理范围。如果监控在某个区间连续下发调整令，调速器有可能按照其调整令往返调节，造成负荷波动；可在现地机组LCU屏柜上监视增、减磁继电器的指示灯是否频闪；

(5)如果为调速器内部原因，则逐一进行以下排查：当3号机组带负荷出现波动时，观察记录调速器本身的导叶反馈Y在机组有功处于200MW左右这个开度区间内，位移传感器是否稳定。如导叶反馈Y不稳定会造成有功波动，则需更换导叶位移传感器，再重新定位。如导叶反馈Y稳定，再检查伺服电机本身控制性能是否完好，伺服驱动器参数是否正确设置，相关伺服电机控制接线是否正确。如果电机控制性能不合格，在调整过程中会一直存在超调，也会造成导叶接力器往复波动；

(6)当3号机组带负荷出现波动时，将调速器切到B套比例阀通道主用运行，观察记录机组有功功率调整情况。如果负荷出现波动，应当从A、B套两个控制通道的公共信号部分，如主配压阀、导叶接力器等控制信号进行检查。实际检查发现，由A套切B套运行，有功功率调节虽然平滑，但主配压阀仍有小幅抽动现象，可能原因为比例阀控制死区设置较小，灵敏度较高，造成主配有小幅抽动，需修改PLC内部比例阀控制死区参数，再进行试验选择合理的最优性能参数。

4 负荷波动原因及处理

4.1 经现场跟踪及试验得出结论，机组调节负荷波动的原因，为监控系统和调速器系统在调整负荷过程中相互之间的调节速率配合存在问题，造成超调现象。

4.2 机组监控系统远方调节负荷过程中，主要的调节参数有：调节周期=6s，最大脉宽=1s，增功率最小脉宽=100ms，减功率最小脉宽=100ms。监控系统根据所需调整有功负荷的大小，计算需要调整脉宽值(范围在100ms～1s之间)，再将此脉宽值下发至调速器，调速器再根据PLC程序中设置的调速器导叶开度，给定远方增减脉冲速率进行调节。

调速器在远方自动方式下调节参数有：调速器导叶开度给定远方增脉冲速率100ms对应2.5%开度；调速器导叶开度给定远方减脉冲速率100ms对应2.5%开度。

4.3 为使监控系统和调速器系统相互之间的负荷调节参数能匹配合理，需要通过组合选择不同参数进行试验得出最佳参数。处理方法为：(1)修改监控系统的负荷调节周期；或(2)修改监控系统的负荷调节周期、调速器导叶开度，给定远方增减脉冲速率。

修改参数后，在各负荷下进行大、小负荷调节试验，试验过程检查是否存在负荷波动现象，同时验证增减负荷是否满足爬坡率。

5 结论

在找到引起负荷波动的原因后，笔者全程参与了相应的参数匹配及试验，调速器在开度模式运行相同水头下参数匹配后设备稳定，在水头发生变化后负荷波动现象仍存在，只能在各种不同水头下分别进行参数的匹配。根据查阅相应的资料及厂家意见，在水头变化较大的混流式机组控制中，采用功率模式的控制能改善因水头引起的负荷波动现象。目前我厂4台机组已进行了功率模式改造，设备运行稳定，未曾出现负荷波动现象。

〔1〕魏守平.水轮机控制工程.武汉：华中科技大学,2005.

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TK730.41

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2095-1809(2015)06-0022-03

李宏博(1986-)，男，广西博白县人，本科，助理工程师，从事自控设备维护工作。