混流式水轮发电机组自动开机并网超时浅析

张 海，曹德勤，邱 凯

（五凌电力有限公司，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，目前有12座常规水电厂、54台机组已全部接入远程集控。集控中心将12个电厂划分为5个区域，实行“一人一席多厂”的区域值班模式。集控电厂所有电力全部送至湖南电网，因水电机组具有开机并网、增减负荷快速的特点，是湖南电网调峰调频、事故备用的重要电源支撑。水电机组快速开机并网成功的关键，在于开机流程、调速器系统、水头等相关参数设置合理。五凌集控碗米坡、托口、五强溪水电厂均出现过因参数设置不合理导致开机不成功的情况，因此有必要对水电机组在各种水头变化工况下快速成功开机并网运行情况进行相关分析，以切实提高水电机组自动开机的成功率。

1 碗米坡、托口、五强溪电厂概况

1.1 碗米坡电厂概况

碗米坡水电厂位于沅水流域的支流酉水中游，安装3台单机容量为80 MW的混流式水轮发电机组。水库正常蓄水位248 m，死水位238 m，额定水头39 m、最小工作水头34.67 m，转动惯量1 7400 T·m2。

1.2 托口电厂概况

托口水电厂位于沅水中上游，安装4台单机容量为200 MW的混流式水轮发电机组。水库正常蓄水位250 m，死水位235 m，额定水头54 m、最小工作水头43.85 m，转动惯量100 000 T·m2。

1.3 五强溪电厂概况

五强溪水电厂沅水干流中下游，安装5台单机容量为240 MW的混流式水轮发电机组。水库正常蓄水位108 m，死水位90 m，额定水头44.5 m、最小工作水头36.1 m，转动惯量180 000 T·m2。

2 五凌集控电厂开机超时事件

2.1 碗米坡电厂开机超时事件

2015年6月21 日，碗米坡电厂开机前，上游水位247.53 m，尾水位206 m，水头41.53 m。五凌发电集控中心远程开碗米坡电厂#1机并网过程中，#1机从空载至并网过程未执行。现场检查微机准同期装置报警信息为“机组转速升不上”，调速器电气控制柜显示#1机导叶开度、电气开限均为16.18%。集控远程开#2机过程中出现同样情况，值班人员临时增加调速器导叶电气开限，自准并网正常。

2016年4月16 日，碗米坡电厂上游水位247.72 m，尾水位205.76 m，水头41.96 m。五凌发电集控中心远程开碗米坡电厂#2机并网过程中，出现了开机并网超时情况。现场检查微机准同期装置报警信息为“机组转速升不上”，调速器电气控制柜显示#2机导叶开度、电气开限均为16.18%。手动将电气开限值修改为20%后，再次发开机令，#2机组自准并网正常。

2.2 托口电厂开机超时事件

2017年4月15 日，托口电厂开机前，上游水位241.35 m，尾水位187.81 m，水头53.54 m。五凌发电集控中心远程开托口电厂#1机，开机至并网时，同期合断路器超时报警，开机流程复归。重新发#1机并网令，并网成功。

2017年5月5 日，托口电厂开机前上游水位241.01 m，尾水位187.89 m，水头53.12 m。五凌发电集控中心远程开#1机过程中，机组频率小于49 Hz，并网不成功，而再次远程开#1机并网成功。事后，电厂人工修改了调速系统运行水头。

2.3 五强溪电厂开机超时事件

2017年4月12 日06:04，五强溪电厂开机前，上游水位98.85 m，尾水位51.34 m，水头47.51 m。五凌发电集控中心远程开#1机组并网过程中，机组开机并网超时，再次远程开#1机组并网正常。

2017年5月4 日15:58，五强溪电厂开机前，上游水位95.20 m，尾水位51.44 m，水头43.76 m。五凌发电集控中心远程开五强溪电厂#1机组并网过程中，机组开机并网超时，再次远程开#1机组并网不成功。经重新调整水头与导叶开度之间的协联参数后，并网正常。

3 开机超时处理措施

3.1 优化机组水头与导叶空载开限协联参数

碗米坡、托口、五强溪电厂根据多年运行经验，参考水轮机生产厂家、湖南省电科院等专家意见，对机组不同水头下的空载开限参数进行了优化整定[1-2]。

碗米坡电厂机组空载开限整定表如表1所示，碗米坡电厂机组空载开限整定曲线如图1所示。

表1 碗米坡电厂机组不同水头下空载开限整定表

图1 碗米坡电厂机组不同水头下空载开限曲线

托口电厂通过机组不同水头下稳定性试验分析讨论后，修改水头/导叶开度协联曲线参数，将调速器水头控制方式设置为手动控制方式，并将水头设置为固定值50.5 m[1-2]。

托口电厂机组空载开限整定表如表2所示。

表2 托口电厂机组不同水头下空载开限整定表

托口电厂机组空载开限整定曲线，如图2所示。

图2 托口电厂机组不同水头下空载开限曲线

五强溪电厂根据多年运行经验对调速器开限参数进行了优化[1-2]，五强溪电厂机组空载、负载开限整定表如表3所示，机组空载、负载开限整定曲线如图3所示。

表3 五强溪电厂机组空载、负载开限整定表

图3 五强溪电厂机组空载、负载开限整定曲线

自碗米坡、托口、五强溪电厂调整机组水头和机组空载导叶开限协联关系参数后，机组未再出现开机超时现象。结合上述情况可以得出，该项措施是解决因水头变化导致开机超时的有效措施。

3.2 及时清除机组进水口拦污栅前沉渣

从以上三厂开机超时事件分析可知，开机并网不成功的情况基本发生在运行水头较低时。混流式机组的低水头时期一般是水电厂的汛期，即电厂水质变差，拦污栅前沉渣、浮渣较多，拦污栅压差增大，进一步降低了机组运行水头。机组开机时，拦污栅前沉渣会导致机组测量水头降低，产生跳变或失真现象，影响机组正常开机并网运行。五强溪电厂采用清渣机及时清理和机组甩小负荷反冲清渣方式，效果较好。

3.3 适当调整机组同期装置启动并网时间或者频率偏差限值

在满足电网并网要求的前提下，适当增加机组同期装置并网时限和频率偏差限值，可有效提高机组并网成功率。五强溪电厂采取将同期装置并网频率偏差限制由0.1 Hz修改为0.15 Hz[3]，特别是水头较低的情况下，效果非常明显。

4 结 论

电网安全运行对混流式水轮发电机组在自动开机时有较严格的时间限制，而水头变化对开机并网时的转速影响较大。为在规定时限内使机组正常开机并网，须减小水头变化对机组转速的影响，最关键的是优化机组调速器水头和导叶开度之间的协联关系。实践表明，五凌集控碗米坡、托口、五强溪电厂采取的措施可靠、有效，可作为同类电厂的参考。

参考文献：

[1] 王 冰，杨德晔.中国水力发电工程机电卷[M].北京：中国电力出版社，2000：235-246.

[2] 郑 源，陈德新.水轮机[M].北京：中国水利水电出版社，2011：209-224.

[3] 陆燕荪，陆延昌.中国电气工程大典[M].北京：中国电力出版社，2010：445-470.