某电站调速器负荷异常波动分析

2017-08-17李甜甜黄文明

水电站机电技术 2017年3期

关键词：调速器导叶桨叶

李甜甜，黄文明，李博

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都 610021）

某电站调速器负荷异常波动分析

李甜甜，黄文明，李博

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都 610021）

针对某电站1号机调速器负荷波动情况，结合监控数据绘制曲线，对照水轮机运转特性曲线，分析在当时的水头下，机组运行范围超出机组正常运行范围，水轮机效率急剧下降，从而导致导叶和桨叶打开，而机组出力反而下降的情况。本文重点分析了负荷波动发生的原因，并讨论了防范此类事件发生的措施，对同类型电站具有一定的参考意义。

调速器；负荷波动；分析

1 电站调速器系统简介

某水电站位于四川雅砻江上，以发电为主，兼具蓄能、蓄洪和拦沙作用。是雅砻江水电基地下游最后一个梯级电站，电站装设4台150 MW轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量为600 MW。

该电站水轮机控制系统采用南瑞集团公司生产的SAFR2000H型微机调速系统。其微机调节器部分采用了贝加莱公司的PCC2005控制器为核心，机械液压部分则选用了BOSCH公司的比例伺服阀作为电液转换单元，GE-20000和GE-5000(美国GE公司)作为主配压阀，电源、控制模块、传感器、电液转换等全部采用了双冗余配置，且采用了第三方智能切换单元作为仲裁判断，软件部分则采用了南瑞公司专有的改进型并联PID算法、双微分算法等。

2 调速器负荷异常波动原因分析

2.1 事件概述

2015年11月10日11：15左右，1号机组在开度模式下运行，有功设定值为145 MW，有功实发值为140MW，水头为18.6m，导叶开度为78.75%，桨叶开度为99.5%。

11：15：51，运行人员下发有功设定值144 MW后，导叶逐步开至100%，桨叶逐步开至100%，机组出力逐步下降至93.4 MW，机组剧烈振动。

11：18：18，运行人员下发有功设定值130 MW后，机组出力保持不变。

11：18：44，运行人员下发有功设定值90 MW后，导叶逐步关至54.9%，当导叶回关至78%后桨叶在协联的作用下也逐步关至56.5%，机组出力由93.4 MW逐步上升至144.6 MW，又逐步下降至92.4 MW，然后机组稳定运行。

2.2 数据波形分析

调速器负荷异常波动后，调取监控系统相关历史数据，1号机有功给定、有功反馈、导叶开度、桨叶开度变化如图1所示。

图1 有功给定、有功反馈、导叶开度、桨叶开度变化图

从图1的开始部分可以看出，1号机组有功设定值为145 MW，而机组出力为140 MW，两者存在偏差的原因为：开度模式下，监控系统调整有功的策略为，当监控系统下发有功设定值后，监控系统将有功设定值和机组出力的有功偏差值经过计算转化为相应的脉冲量（调速器根据接收的脉冲宽度来调整导叶的开度，2.78%开度/s）下发给调速器控制系统，使之调节导叶，当有功偏差小于监控系统的有功调节死区（±3 MW）持续20 s后，本次调节结束，若此后因水头变化或压力波动等原因导致有功偏差超过死区时，监控系统将不再进行调节，直至有新的有功设定值下发时才进行新的调节。

11：15：51，在18.6 m水头下，运行人员重新下发有功设定值144 MW后，机组出力为140 MW，有功偏差为正偏差，监控系统会给调速器下发增脉冲，导叶开至全开，而机组出力下降至93.4 MW。

11：18：18，运行人员下发有功设定值130 MW后，此时机组出力为93.4 MW，有功偏差为正偏差，监控系统会给调速器下发增脉冲，而此时导叶已全开，机组状态保持不变。

11：18：44，运行人员下发有功设定值90 MW后，此时机组出力为93.4 MW，有功偏差为负偏差，监控系统会给调速器下发减脉冲，导叶逐步关至

54.9 %，当导叶回关至78%后桨叶在协联的作用下也逐步关至56.5%，机组出力由93.4 MW逐步上升至144.6 MW，随着导叶的回关又逐步下降至92.4 MW，后机组稳定运行。

2.3 调速器负荷异常波动原因分析

图2为水轮机预期运转特性曲线，粗体黑色边框部分为机组的正常运行范围，机组正常运行范围内，机组的出力效率高。由水轮机运转特性曲线可知，机组在18.6 m水头时，机组最大出力约为140 MW，此时水轮机效率约为94%，导叶开度约为78%，桨叶开度约为95%。如果机组运行区间超出特性曲线中的正常运行范围，机组效率将会急剧降低，机组达到该水头下的最大出力后，如果继续开导叶和桨叶，水轮机进、出口速度三角形将会发生改变，水轮机不再处于最优工况，水流在叶片的进口处就会出现脱流和漩涡，从而产生涡流损失和撞击损失。反映到机组出力上来，就会出现，导叶和桨叶打开，出力反而下降的现象。

图2 水轮机预期运转特性曲线

结合以上分析，对照图1的负荷波动曲线可知，此次1号机调速器负荷波动的原因为：在18.6 m的水头下，机组的最大出力只能带到140 MW左右，导叶开度78.75%，桨叶开度99.5%，监控下发有功设定值超过此时的最大出力值，监控系统给调速器下发增脉冲，使导叶增加开度，机组超出运转特性曲线后，机组的效率降低，从而导致机组的负荷降低，此时有功偏差一直存在，监控系统的增脉冲也一直存在，从而使导叶和桨叶均逐步开至全开。

2.4 预控措施

（1）在开度模式下监控系统在原有功调节策略的前提下，增加有功偏差超过一定值后报警，电站运行人员根据该报警信号，人为判断，对机组有功进行调整。

（2）电站运行人员在下发有功设定值前，先检查当前的水头，下发有功设定值时不要超过当前水头下机组的最大出力。

（3）若再次出现有功设定值超过当前水头下机组的最大出力时，电站运行人员应立刻重新下发一个比当前负荷略小的有功设定值。

（4）结合水轮机运转特性曲线，对不同水头下的机组最大有功在监控有功设定程序中进行限制，当有功设定超出机组该水头下的最大出力时，有功给定令不予开出，并作出报警提示。