一起水电机组开机过程发V/F限制等信号的分析及处理

杨智南

(构皮滩发电厂，贵州 湄潭 564408)

0 引言

某水电厂为我国在岩溶地区修建的第1座大型水电厂，装有单机容量为250 MW的高水头发电机组5台，在电网中肩负着调峰、黔电送粤潮流调控主力发电厂的重任，其#5机组调速器为PSWT-150比例数字冗余式微机型调速器，励磁系统由SAVR-2000双微机励磁调节器1套、FLZ可控硅整流柜3套、LB励磁变压器1台、FMK灭磁开关1台、FLR非线性灭磁电阻柜1套、交直流初励装置1套组成。本文针对#5机组开机过程中异常信号进行分析，总结出开机顺控流程中影响机组建压并网的主要因素，提出解决方案，以提高水电机组并网成功率。

1 事件经过

2015-10-04 T 18:12:12，机组开机后并网过程中监控系统发“转速大于95%额定转速复归”“励磁调节器综合限制动作”“V/F限制动作”“保护A,B套发电机过激磁(定时限)动作”报警信号，几秒后“励磁调节器综合限制动作”“V/F限制动作”信号复归，#5机组自动并网正常。

2 上位机监控主要信号

上位机监控主要信号见表1，表中：空转状态=转速大于95%额定转速(nr)+机端断路器分闸+三相电压小于5%额定电压(Ur)；空载状态=转速大于95%nr+机端断路器分闸+三相电压大于90%Ur+导叶空载位置(导叶开度在8%～18%之间)；启动同期条件=发电令保持+空载状态+同期未失败+自准同期方式+计算机远方+出口断路器(GCB)分闸+主变中性点合闸+灭磁开关(FMK)合闸；空载位置=主令控制器检测导叶开度大于8%，小于18%，输出动作接点，用于顺控流程； 空载位置以上=主令控制器检测导叶开度大于8%，输出动作接点，用于顺控流程。

表1 上位机监控主要信号(2015-10-04)

续表

3 原因分析

3.1 调速器动作过程分析

调速器整个动作过程：18:12:49.860，开机联动调速器后，调速器进入空转开机过程，调速器首先将导叶开度开至第1开机开度23%，然后不断检测机组频率，当调速器检测机组频率大于47.5 Hz后，投入比例-积分-微分(PID)控制器计算；18:13:37.380，导叶空载位置动作，说明调速器开始往回关，将导叶压至第2开机开度(当前水头下最小空载开度)；18:13:38.590，转速大于95%nr动作，表明机组转速已经达到95%nr以上，机组进入空转状态，此时机组顺控流程同时联动励磁调节器，机组开始建压；18:13:43.440，机组空转状态复归(机端电压大于5%Ur)，说明励磁调节建压已经开始，机端电压逐步上升；18:13:39.800，当导叶空载位置以上复归，说明调速器将机组导叶关至8%以下，经过11 s后，于18:13:50.760导叶空载状态动作、导叶空载位置以上动作(开度大于8%)，调速器检测机组频率下降，开始调节机组频率将导叶逐步打开。整个调速器动作过程，按时间和导叶开度情况分为4个阶段，具体如图1所示。

图1 调速器动作过程时序图

将开机联动调速器起始时间设为0 s，则图1中标示①②③④可相应解析如下。

(1)标示①。调速器将导叶开至第1开机开度23%，时间约为11 s。

(2)标示②。48 s过后，调速器检测频率上升至47.5 Hz，投入PID控制器计算，进入第2阶段开机过程，将导叶往回关；48.730 s转速装置检测机组转速大于95%nr，机组进入空转状态，可编程逻辑控制器(PLC)顺控流程联动励磁调节器开始建压。

(3)标示③。49.960 s，调速器将导叶关至8%以下；54.580 s，机端电压大于5%Ur，空转状态复归。

(4)标示④。61.900 s，导叶空载位置以上动作(开度大于8%)，调速器检测机组频率未达到给定50.0 Hz，开始调节机组频率将导叶逐步打开。与此同时，机端电压大于90%Ur，机组进入空载状态，PLC顺控流程启动同期装置，机组准备并网；61.901 s，转速大于95%nr复归(此时机组转速只有91%nr，转速装置设定返回值为91%nr)，从而导致空载状态复归，同期装置退出；63.727 s，励磁调节器发综合限制动作、V/F限制动作信号。励磁调节器检测机组频率低于47.5 Hz，机端电压大于90%Ur，为防止发电机过磁通发V/F限制、励磁调节器综合限制，闭锁减磁功能[1]；67.454 s后，由于励磁调节器为保证机端电压不变，在频率降低情况，增大励磁电流，提高磁通量，造成发电机保护A，B两套保护过激磁动作；75.700 s后，调速器将机组频率调到47.5 Hz以上，转速装置输出机组转速大于95%nr动作接点，空载状态满足，同时启动同期装置，于123.170 s 开关合闸，机组并网成功。

3.2 主要原因分析

该调速器开机过程中，在进入第2开机阶段过程中频率检测单元检测到1个高于50.0 Hz信号，为防止机组过速，执行关导叶，导致机组频率上升缓慢。由于该厂采用精密电位器作为导叶反馈，调速器进入第2开机开度后，将导叶压至第2空载开度过程中，可能钢丝绳回收速度与关闭导叶钢丝绳下降速度不一致(回收速度慢)，导致调速器检测到精密电位器反馈导叶开度比实际开度大；调速器进入PID调节后，将导叶开度压至第2开机开度，由于调速器频率检测反馈值比实际值偏大，从而导致调速器关导叶过度，影响机组频率上升。

4 改进措施

(1)利用停机机会对测频回路进行校验，新增双传感器齿盘测频回路，采用齿盘测频与残压测频互为备用[2]：机组频率大于20.0 Hz时，自动采用残压测频；机组频率小于等于20.0 Hz时，自动采用齿盘测频；当残压测频故障时，自动切换为齿盘测频；当齿盘测频故障后，自动切换为残压测频。

(2)利用机组停机机会，对精密电位器回收钢丝绳传动机构的回收钢丝绳是否顺畅、动作情况进行全面检查，确保导叶反馈的灵敏度。

(3)优化完善机组顺控流程，将原程序中“机组开机流程条件满足后立即瞬间联动下一动作”，修改为“开机流程设定延时等待，当机组进入空转状态后，延时5s再联动励磁调节器，进入空载状态后，再延时5s启动同期装置”。

(4)提高机组进入空转状态转速定值，目前该发电厂空转状态转速均设置为95%nr，将该定值适当放大至98%nr，使得机组完全进入100%nr范围内后，进入空转状态。

(5)提高机组进入空载状态电压值。目前该发电厂进入空载状态的电压值均设置为90%Ur，当电压大于90%Ur时，空载状态满足，瞬间启动同期装置。但在此过程中，如果机组电压未调至额定就启动同期装置，则同期装置需不断调节机端电压达到满足同期条件，势必延长机组并网时间。因此，可将顺控流程中“机端电压大于90%Ur启动同期装置”，修改为“当机端电压大于95%Ur时，启动同期装置”，可以减少机组同期并网的时间。

5 结束语

通过对#5机组开机过程中报警信号的分析，总结出影响发电机开机并网过程的主要原因，提出了改进措施。对#5机组进行上述改进后，运行3年来未出现并网不成功现象，说明以上改进措施有效。

参考文献：

[1]孟凡超，吴龙.发电机励磁技术问题及事故分析[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]魏守平.现代水轮机调节技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.