长引水隧洞水电厂机组功率控制模式的探索

摘 要：随着环境保护和节能减排压力与日俱增，我国出台了一系列鼓励清洁能源发展的政策。而水电作为清洁能源，在全国装机容量的占比稳定在20%以上。中商产业研究院预测，2018年水电装机总量将达38071万kW。因此，保障水电厂的安全稳定运行将对国家电力安全起着至关重要的作用。本文通过电厂的实际案列分析，重点对特殊引水模式下机组有功功率的控制模式进行研究，探索切实有效的解决办法。

关键词：功率；控制；模式；办法

中图分类号：TV737 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0085-02

众所周知，水电厂具有开机时间短，功率调整迅速等优点，因此在电力系统中通常担任调峰、调频、事故备用等任务。但在长引水隧洞加调压井模式的水电厂生产活动中，当其中一台发电机在进行有功功率调节时由于水压变化，会对另一台机组功率产生较大影响。甚至在进行一台机组的停机解列操作时，会导致运行机组过负荷。本文针对上述情况，以贵州乌江清水河水电开发有限公司大花水电站为研究对象，做了大量的调查研究和探索试验，以期找到切实有效的解决办法和控制措施。

1 工程概述

贵州乌江清水河水电开发有限公司大花水电站是一座以发电为主，兼顾防洪及其它的综合性水利水电枢纽工程。电站为长引水隧洞（5.4km）加调压井、一洞双机模式，电站装机容量为2×100MW，于2004年1月开工兴建，2007年11月22日正式投入商业运行，2015年4月纳入乌江集控中心“远程集控”。

2017年11月13日12时57分，集控中心减#2机负荷进行停机，停机过程中#1机组负荷由99.31MW上升至117.79MW（瞬时最大121MW），#1机过负荷持续时间近2min。

基于上述现象，笔者调取大量的历史曲线、报警信息，组织专业人员查找资料，进行原因分析，寻找解决办法。

2 问题剖析

根据本次故障现象，通过调取历史曲线、询问当班人员、查阅图纸资料等，发现：

（1）#2机停机过程中，#1机导叶开度无变化。说明#1机过负荷系由#2机导叶关闭时导致#1机水压上升、过机流量增加，引起机组负荷上升。

（2）#1机负荷严重偏离设定值后（117.79MW，额定值100MW），监控系统及调速系统均未进行自动调节（查阅监控信息：监控未开除负荷调整指令）。按照传统的监控系统闭环控制模式，当机组有功功率偏离设定值时，监控系统应能自动将机组实发值拉回至设定值。但期间如果一次调频动作，为保证系统频率稳定，监控系统将不再进行调节。

（3）调速系统在机组并网后采用开度调节模式，故当导叶开度未发生明显变化时，调速系统也不参与调节。

由于上述原因，导致本次#1机组严重偏离设定值运行近2min，监控及调速系统均未进行自动调节。

3 方法研究

2015年4月，大花水电站正式纳入乌江公司“远程集控”模式，电站中控室运行人员撤离。正是在这样的大背景下，人的干预和控制能力大幅度降低。因此思考如何让计算机监控等自动化设备进行自动调节控制，既保障机组有无功调节质量，又保障机组安全稳定运行显得尤为重要。

采用传统的计算机监控系统“闭环”调节模式，能有效防范机组过负荷风险。但同时影响了机组有无功调节质量，不能有效发挥水电厂快速调峰调频的优势。例如当网上频率偏离50Hz，调速器一次调频动作使机组有功功率偏离设定值，在监控系统“闭环”调节模式下，监控系统又将机组有功拉回至设定值，势必使系统频率再次发生偏离。但如采用“开环”调节模式，虽能充分发挥调速系统自身的调节优势，保证电能调节质量，但当出现上述现象时又不能进行有效的防范控制。

由此，笔者及其研究团队通过认真分析，查阅资料，探索和研究出一套新的控制模式——“开环”+“看门巡检”控制模式，既成功解决了监控系统闭环调节对机组一次调频的影响，又有效避免了监控系统开环调节而导致机组过负荷。

（1）计算机监控系统采取开环调节模式：即当监控系统将机组实发有功调节至设定值，在没有新的调节指令下发时，监控系统將不再进行干预调节；

（2）增加计算机监控系统“看门巡检”功能：即设置功率门槛值，当机组实发有功超出门槛值后，监控系统自动将机组功率拉回至设定值。

4 程序设计

4.1 机组功率调节“看门巡检”功能

机组PLC程序里新增一段有功调节闭锁：即当有功超出最大值（105MW）后，则闭锁增有功，且自动降负荷至设定值，该功能不受一次调频、AGC影响，程序梯形图如图1所示。

图1中：当实发值大于105MW时，闭锁有功增输出。屏蔽一次调频功能。并将有功新设值标记置1，使实发值跟踪设定值进行调节；当实发值小于105MW，设定值与实发值小于有功死区2MW，延时10s后，复归屏蔽一次调频开出信号并将有功新设值标记置0。

4.2 监控系统“开环调节”功能

当监控系统将机组实发有功调节至设定值，在没有新的调节指令下发时，监控系统将不再进行干预调节。当有新的调节指令下发时，屏蔽一次调频，并将有功调整至新的设定值，程序梯形图如图2所示。

5 技术实施及试验

上述方案已利用机组小修机会进行实施，并通过试验验证。在进行快速停机解列时，当另一台机组实发功率超过门槛值后，监控系统迅速关闭其导叶降低负荷至设定值；当水力波动平稳后，又能开启机组导叶，使机组负荷稳定在设定值。

通过反复试验证明，本次技术实施既能有效防范机组过负荷，又能维持机组负荷稳定。

6 结 论

总之，在长引水隧洞加调压井、一洞双机模式下的水电厂，机组之间在进行功率调节尤其是进行停机解列操作时，将对电厂的安全稳定运行产生较大影响。本文所提供的功率“开环”+“看门巡检”控制模式，打破了传统的机组功率控制模式，既成功解决了监控系统闭环调节对机组一次调频的影响，又有效避免了监控系统开环调节而导致机组过负荷。

特别鸣谢：在本课题的研究过程中，得到了清水河公司生产技术部主任王传清同志、大花水电站班组专业人员黄馨莹同志以及南瑞厂家的大力支持，在此一并感谢！

参考文献

[1]《水力发电厂计算机监控系统设计规范》（DLT5065-2009）.

[2]《南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》.

[3]《电力调度自动化系统运行管理规程》（DL/T516-2006）.

[4]《贵州电网并网运行发电机组一次调频技术规范》.

[5]《贵州电网并网运行发电机组AGC技术规范》.

[6]《南瑞MB ProV4.3编程软件使用手册》.

收稿日期：2018-9-12

作者简介：汪从彬（1982-），男，助理工程师，本科，主要从事电气生产管理工作。