水轮发电机组发电态判据优化探讨

2018-02-16刘云瀑李建民

机电信息 2018年6期

刘云瀑李建民

（国家电投五凌电力有限公司发电集控中心，湖南长沙410004）

0 引言

五凌电力发电集控中心成立于2010年3月，2010年11月第一个电厂接入集控，2014年12月公司所属12个常规水电厂全部实行远程集控，受控机组达54台，受控容量466万千瓦，是国内实际控制电厂个数和机组台数最多的远程集控中心。集控电厂并网运行机组负荷的快速调整是电网安全稳定运行的重要保证，但各电厂机组发电态判据设置时没有统一的标准，导致部分发电厂机组发电态判据设置不合理，已多次出现机组在并网运行时发电态条件不满足而导致负荷无法调整的问题，影响了电厂及电网系统的安全运行。

1 并网水轮发电机组发电态判据不满足异常事件

以下列举五凌集控所属各水电厂近年来出现的因机组发电态判据部分条件不满足，引起机组发电态复归而导致的机组无法调整负荷等异常事件。

（1）2015年4月8日，集控远程开托口电厂#4机过程中，机组并网正常，但监控画面显示机组为过渡态，未到达发电态，集控远程及现场增减负荷无效。

（2）2016年8月27日，托口电厂#2机并网后，因导叶空载位置信号未动作，负荷维持5 MW，机组无法到达发电态，负荷无法调整。

（3）2016年10月7日，白市电厂#2机并网1 s后，机组导叶空载以上信号复归、导致发电态复归，集控远程及现场增减负荷无效。

（4）2017年2月20日，株溪口电厂#4机运行过程中，因机组转速＞95%Ne信号继电器及底座故障，导致#4机机组转速＞95%Ne信号复归，机组状态变为不定态。

（5）2017年5月31日，三板溪电厂开#2机并网后，因发电机初始有功在2 MW左右波动，#2机在发电态和不定态之间切换，#2机无功功率和有功功率无法调整。

（6）2017年6月27日，三板溪电厂#2机运行过程中，AGC自动调节#2机负荷至0 MW，#2机在发电态与不定态间频繁变化，集控无法调整#2机负荷（发电态复归）。

（7）2017年8月20日，托口电厂#5机在运行状态下，因机组转速测量板被强电干扰，误报机组转速＜60%Ne信号动作，导致#5机发电态退出。

2 五凌集控所属各水电厂发电态判据现状

（1）三板溪电厂：GCB合、TCB合、导叶全关复归、有功功率＞2 MW、FMK合；

（2）白市电厂：GCB合、TCB合、机端电压＞80%Ue、机组转速＞95%Ne、导叶空载以上位置、FMK合；

（3）托口大厂：GCB合、TCB合、机端电压＞80%Ue、机组转速＞90%Ne、导叶空载位置、FMK合；

（4）托口小厂：GCB合、TCB合、机组转速＞90%Ne、导叶空载位置、FMK合；

（5）五强溪电厂：GCB合、TCB合、机组转速＞95%Ne、励磁系统运行；

（6）碗米坡电厂：GCB合、TCB合、机端电压＞80%Ue、机组转速＞95%Ne、导叶全关复归、FMK合；

（7）挂治电厂：GCB合、TCB合、机端电压＞80%Ue、机组转速＞95%Ne、FMK合；

（8）洪江电厂：GCB合、TCB合、机组转速＞95%Ne、FMK合、励磁系统运行；

（9）东坪电厂：GCB合、机端电压＞80%Ue、机组转速＞95%Ne；

（10）株溪口电厂：GCB合、机端电压＞80%Ue、机组转速＞95%Ne；

（11）近尾洲电厂：GCB合、机端电压＞90%Ue、机组转速＞95%Ne、励磁系统运行；

（12）凌津滩电厂：GCB合、TCB合、FMK合、风闸退出、导叶锁锭拔出；

（13）马迹塘电厂：GCB合、机组转速＞95%Ne、导叶全关复归、励磁系统运行、轴承油泵气泵投入、轴承油阀打开、轴承冷却水阀打开。

3 机组发电态各判据分析

绝大多数电厂的发电态判据主要分为四类：第一类为开关类判据，主要包括GCB合闸、TCB合闸；第二类为功率及励磁系统相关判据，主要包括机端电压＞80%Ue、FMK合闸、励磁系统运行、机组有功功率；第三类为机械位置反馈和转速类判据，包括导叶位置、风闸、导叶锁锭拔出、转速＞95%Ne；第四类为主要辅机设备状态类判据，包括轴承油泵气泵投入、轴承油阀打开、轴承冷却水阀打开等。

3.1 第一类：开关类判据

（1）GCB合（发电机出口开关合闸）：该判据为机组发电的最基本条件，建议保留。

（2）TCB合（主变高压侧开关合闸）：该判据为机组发电的最基本条件，虽然部分与系统连接相对薄弱的电厂，在系统有冲击或恶劣天气时，易发生线路跳闸和母线失压故障，机组常有带厂用电孤网运行的情况，但机组在孤网运行的时候调速器控制模式均为频率控制，机组状态不管是空载态还是发电态，都对其带厂用电孤网运行没有影响，建议保留。

3.2 第二类：功率及励磁系统相关判据

（1）机端电压＞80%Ue（或＞90%Ue）：机端电压是励磁系统投运后机组是否建压正常的标志，是机组发电态的基本条件，建议保留。

（2）励磁系统运行和FMK合闸：建议监控系统数据库有机端电压＞80%Ue（或＞90%Ue）状态点的电厂，将机端电压作为发电态判据；监控系统数据库中未设机端电压状态点的电厂，可以用励磁系统运行作为判据。而FMK合闸作为励磁系统投运的一个条件，且机组均设置有失磁保护的情况下，建议剔除。

（3）机组有功功率：将有功功率大于某一数值列为发电态判据明显不合理，且已出现异常影响，建议剔除。

3.3 第三类：机械位置反馈和转速类判据

（1）转速＞95%Ne（或＞90%Ne）：该判据可以判断机组转速是否满足同期至发电态要求，所属集控电厂出现的几次机组转速信号异常均是由于干扰引起转速信号跳变，或信号继电器及底座故障，故障率不高，但该判据一般是开机过程中机组转速接近额定转速时投入励磁或投入同期的判据，对机组并网之后的状态无直接影响，建议剔除。

（2）导叶位置：五凌集控所属集控电厂个数较多，各电厂区别较大，有机组运行水头高达150多米的混流式机组，也有运行水头不足10 m的低水头灯泡贯流式机组。

部分电厂运行水头变化较大，导致其导叶空载开度变化较大，且存在如下问题：在水头较低时确定的空载开度，在水头升高后，可能需要机组带一定的负荷才能达到；同样，在水头较高时确定的空载开度，在水头降低后，可能机组还未达到额定转速，导叶开度就已经达到。导叶全关位置复归信号不存在该问题，不过在已有机组转速作为发电态判据且机组设置有逆功率保护的前提下，导叶开度判据已不是机组发电的必要条件。

建议：设有逆功率保护的机组将导叶开度判据从机组发电态判据中剔除；未设置逆功率保护的机组将导叶全关位置复归信号作为发电态判据。

（3）风闸退出、导叶锁锭拔出：正常情况下风闸和液压锁锭投入都是作为机组停机态判据的，而风闸退出和导叶锁锭拔出信号都是机组开机流程中的步骤，在调速器启动前就要退出，跟机组发电态没有直接联系，建议剔除。

3.4 第四类：主要辅机设备状态类判据

轴承油泵气泵投入、轴承油阀打开、轴承冷却水阀打开：轴承油泵气泵投入、轴承油阀打开、轴承冷却水阀打开这几个信号也都是机组开机流程中的步骤，是在调速器启动、机组转动前就要执行的流程，跟机组发电态没有直接联系，建议剔除。

4 优化后集控电厂机组发电态判据条件

综上所述，保留以下各条件作为机组发电态判据：

（1）GCB合（发电机出口开关合闸）；

（2）TCB合（主变高压侧开关合闸）；

（3）机端电压＞80%Ue（或＞90%Ue）/励磁系统运行；

（4）导叶全关位置复归（未设置逆功率保护的机组）。

即除了GCB合（发电机出口开关合闸）、TCB合（主变高压侧开关合闸）两个条件作为机组发电态的基本判据外，机端电压/励磁系统运行判据按各个电厂实际选择，监控系统中设置有励磁系统运行状态点的可以采用励磁系统运行作为判据，监控系统中没有设置该点的可以选择机端电压为判据条件；导叶全关位置复归判据根据机组是否设置有逆功率保护进行选择，未设置逆功率保护的机组将导叶全关位置复归信号作为发电态判据。对五凌集控所属电厂来说，立式机组将导叶全关位置复归作为发电态判据（碗米坡#1机除外，#1机有逆功率保护），灯泡贯流式机组可以不考虑该判据。

5 该发电态判据优点

各个判据均是机组并网、发电态的必要条件；在已有判据已经能够作为发电态判据的情况下，剔除该判据的前提条件，如在机端电压＞80%Ue（或＞90%Ue）/励磁系统运行的情况下，可以剔除FMK合闸条件；剔除了开机流程中与机组发电态无直接联系的判据；采用导叶全关位置复归作为发电态的一个判据，剔除了故障率较高的导叶空载、导叶空载以上位置判据。