柘溪水电厂扩建机组运行优化

邹桂丽

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007）

柘溪水电厂扩建机组运行优化

邹桂丽

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007）

本文就柘溪水电厂扩建机组AGC控制策略、机组LCU负荷调节参数、机组油压装置控制流程等运行优化完善工作进行了分析与介绍，对同类水电厂的技术改造和运行优化、提高机组及电网安全可靠性具有重要指导意义。

水电机组;控制策略;LCU调节参数;优化

水电机组具有启动迅速、负荷调节灵活等特点，既是电网中调频、调峰的主要电厂，同时也是电力系统故障时的重要后备电源。柘溪水电厂7，8号机组单机容量大 (250 MW)，对电网的影响尤其不容忽视，通过开展现场试验、仿真计算及缺陷整改等运行优化工作，取得了丰富成果并用于指导运行，改善了机组负荷调整过渡过程性能指标，优化了机组运行方式，提高了机组控制和水机保护的安全性，为电网的安全稳定运行提供了有力保证。

1 自动发电控制 (AGC)功能优化

水电厂自动发电控制 (AGC)作为水电厂计算机监控系统的一个重要功能在大中型水电厂中获得了广泛的应用。但水电厂中AGC的实施存在许多工程化问题，尤其是如何避免机组负荷调节过于频繁及如何避开机组“禁运区”运行等。由于水电机组振动、汽蚀等原因，机组的“禁运区”有时多达2～3个，如何既保证电网对负荷响应速度和负荷调节精度的要求，又确保机组安全可靠运行是水电厂自动发电控制 (AGC)首要考虑的问题。

1.1 AGC功能优化前现状

AGC功能优化前负荷分配原则为:AGC软件读取省调有功设定值后，减去未参与AGC成组调节的机组有功实发值，剩余负荷在参与AGC成组调节的机组间平均分配。

AGC功能优化前躲避”禁运区”策略为:机组不能长期运行在”禁运区”。为了避免机组频繁跨越”禁运区”，机组运行在”禁运区”上限以上时，当机组有功分配到”禁运区”时，则只分配到”禁运区”上限，反之，当机组运行在”禁运区”下限以下时，如果分配的有功处于”禁运区”，则只分配到”禁运区”下限。

试验表明:AGC功能优化前AGC响应速度和调节精度均达不到电网要求，而且机组负荷调节相当频繁。AGC调节品质达不到考核标准，影响电厂自身经济效益，不能确保源网协调，无法对电网提供强有力的支撑。频繁的负荷调整，将导致调速器油压装置油泵启动频繁，加速机组转动件磨损、导叶轴套漏水等缺陷发生，严重威胁设备的安全运行。

1.2 AGC控制策略优化

根据单机“禁运区”和参加AGC成组调节机组的不同组合实时计算当前水头下全厂AGC方式联合“禁运区”，即无法通过任何负荷分配避开机组“禁运区”的负荷段，有时此“禁运区”不止1个。将全厂联合“禁运区”实时上送电网调度，这样就可以避免电网调度将负荷调节指令的目标值给定在全厂联合“禁运区”，从而提高AGC调节精度。

AGC程序中设置跨越”禁运区”的死区。即机组跨越”禁运区”与不跨越”禁运区”相比，实发有功与目标值差值大于跨越”禁运区”死区时，机组跨越”禁运区”。否则，机组不跨越“禁运区”。这样可以避免机组频繁穿越“禁运区”，大大提高机组安全性。

AGC调节时，如果仅考虑经济性而调用大量机组去响应并非特别大的随机负荷调整是不尽合理的，尤其是对机组单机容量较大的大型水电厂，不仅不经济，而且会带来安全隐患。为此在全厂AGC控制程序中设定小负荷变幅定值，调度有功给定在小负荷变幅范围内时只1台机组参与调节。当全厂有功给定值增加时，选择实发有功值占总容量比例最小的机组参与调节;当全厂有功给定值减少时，选择实发有功占总容量比例最大机组参与调节。这样可以有效避免机组负荷频繁调节，从而降低机组机械部件磨损、压油装置油泵频繁启动等缺陷的发生，确保机组安全运行。

2 机组LCU有功功率调节参数优化

通过对机组LCU调功程序中的PID参数及调功最大脉宽、最小脉宽时间以及调节间隔时间常数进行调整，解决了机组有功调节品质达不到电网要求的问题。有功调节过渡过程曲线见图1，2。54 m水头下100 MW的负荷差调节时间约44 s，设定的调节参数为Kp=6，Kd=2最大脉宽3.5 s，一次调节周期4 s。虽然调节时间比电网要求稍长，但54 m水头已经接近水轮机最低运行水头 (水轮机工作水头:52 m～75 m，额定水头:63 m)，推算54 m以上水头调节时间可以满足要求。

3 参数PID负荷调节功能研究

柘溪水电厂监控系统增/减负荷是通过调速器开度控制模式实现的，即监控系统开出脉冲量给调速器开/关导叶来调整机组负荷。水头不同，相同的导叶开度改变量对应的负荷改变量是不同的。因此，不同水头下最优负荷调节参数是不一样的，以前所有的监控系统导叶开度调功模式均采用固定的监控系统负荷调节参数，这对于水头变化不大，电网对电厂要求不高的水电厂没有很大影响，但对于柘溪最高、最低运行水头相差20多m的水电厂来说，这样的调节参数无法满足电网对水电厂负荷调节品质的要求。为此将PID调节参数引入变参数机制，要求监控系统根据不同的水头自动改变负荷调节PID参数。经过多次程序调整，目前该功能已通过仿真测试，待机组检修时再在真机上进行试验验证，然后投入试运行。

4 油压装置运行优化

图1 有功调节100～200 MW过渡过程曲线(Kp=6，Kd=2，max=3 500)

柘溪水力发电厂7，8号机组油压装置共有3台油泵安装在回油箱上，包括2台相同的主泵组和1台升压泵组。升压泵组在水轮机运行期间断续运行，在压力开关的控制下，向压力油罐供油。当压力油罐压力持续下降到设定值时，分别启动2台主泵组向压力油罐供油。油压装置由主机厂天津阿尔斯通水电设备公司配套生产，其设计理念是按照进口机组设计的，不符合国内机组运行方式和相关技术标准的要求;另外在设计上还有许多缺陷和不足，不满足现场运行要求。

4.1 油泵手动运行方式优化

油压装置控制回路原设计只在自动运行方式下投入卸载阀，手动运行方式下没有投入卸载阀，导致手动启动油泵时，易烧坏油泵保险。

重新对油压装置控制回路进行修改，增加了各油泵在手动运行方式下，投入卸载阀的功能，和自动运行方式下一样，卸载时间为8～10 s。

4.2 油压装置控制流程优化

原设计只有在机组开机后即接到机组开机令后，油压装置控制流程才启动，投入流程自动运行，在机组停机后，流程自动退出。这样导致在停机后，压力油罐的压力降低后，不能通过流程自动维持在额定压力，影响下一次机组正常开机。

图2 有功调节200～100 MW过渡过程曲线(Kp=6，Kd=2，max=3 500)

重新对油压装置控制流程进行修改，在油压装置控制回路在自动运行状态下，保证压力油罐的压力能够维持在额定压力，以满足机组随时开机的需要。

4.3 大油泵的主备用切换功能优化

原设计大油泵的主备用切换由操作把手手动切换，需要运行人员定期进行切换，增加运行维护工作量。

将操作把手更换为三位开关，在手动进行大油泵主备用切换的基础上，增加自动切换功能，当操作把手处于自动切换位置时，大油泵的主备用切换自动实现，在可编程控制器上电后，首先将1号泵置为主用，以后每7 d轮换1次。

4.4 自动补气功能完善

对自动补气流程进行了改进:当油压装置油位达到正常油位但压力未达到正常压力情况下，启动自动补气10 min，然后停10 min，循环往复，直到压力达到正常值。

5 水机保护优化完善

水机保护是水电厂快速切除故障设备，防止事故扩大，确保机组安全的重要保证。在设计配置、选型、整定、调试定检等各环节稍有疏忽或考虑不周，都将会给水电厂乃至电网的安全运行构成严重威胁，甚至造成设备严重损坏、水电厂全厂停电、电网瓦解等重大事故。

由于设计、安装、产品质量等各种原因，柘溪水电厂7，8号机组调试和投产初期出现过多次保护误动事件。为了使水机保护配置、逻辑以及出口规范化，结合电厂具体情况对7，8号机组水机保护进行了以下优化。

5.1 温度保护优化

由于制动测温屏上温度测量数显仪多次出现故障导致温度保护误动停机，严重影响机组的稳定可靠运行，由于温度保护还有完善的RTD保护出口，决定温度测量数显仪信号只作用于报警取消其保护出口。

5.2 冷却水中断保护

由于部分示流器安装位置不妥或元件本身质量问题，柘溪水电厂7，8号机组调试和投产初期出现过多次冷却水中断保护误动事件。即要保证冷却水中断后有停机保护又要不误动，为此对冷却水中断保护逻辑进行了优化，在保护逻辑中引入温度报警条件共同作用于事故停机。

6 结束语

柘溪水电厂扩建工程运行优化工作涉及到主机、调速系统、油压装置、计算机监控系统、水机保护、自动化元件等多个方面，应用效果良好，对改善水电厂机组安全稳定运行，提高电网安全可靠性具有重要指导意义。

TV7

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1008-0198(2011)03-0035-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.010

2010-09-15

邹桂丽(1964— )，女，汉族，大学本科，主要从事水电厂计算机监控系统及其辅助设备试验和研究工作。