摘要：为了加强发电站电源的可靠性，一些发电站加入了电网中断自动进入孤网运行方式，以保证发电站即使在外网中断的情况下仍然能够稳定运行，避免电站因停电造成的巨大经济损失和安全事故。本文就水电站大网转孤网调试试验所遇到的问题以及解决方案进行探讨。
关键词：孤网运行，黑启动，
一.孤网的定义与分类
在电力建设规程曾有规定，电网中单机容量为电网总容量的8%，以保证当该机发生甩负荷时，不影响电网的正常运行。相比之下，机网容量比大于8%的电网，统称为小网；孤立运行的小网，称为孤网。传统大网具有电压，频率稳定，负荷安全等优势。但是孤网运行由于其特殊性，至今仍适用于电网系统不太完善的地区。
二.孤网运行与并网运行的主要区别
并网运行和孤网运行的主要区别在于发电机组的控制方式。在并网模式下机组的控制方式主要依靠“功率控制”方式来进行，一般由电力调度部门对有功和无功出力进行调整；而孤网运行最突出的特点，是由负荷控制转为频率控制，要求调速系统具有良好的静态特性，良好的的稳定性和动态响应特性，以保证用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定，因此孤网机组的调速器系统具有更高的灵敏度，更小的迟缓率和更快的动态响应。
三.在进行该电站调试工作时所发现的问题，以及问题的解决方案。
1、黑启动保护定值的整定
所谓的黑启动，是指整个电网系统因故障停运，系统全部停电，处于“全黑”的状态。这时通过系统中具备自启动能力的发电机启动，然后逐步带动其他无自启能力机组 ，并最逐渐终恢复电网。
在黑启动过程由于负荷的波动，励磁系统和调速器系统需要一定的时间来完成电压与频率的调节，所以在调节过程中机组频率与电压会频繁波动从而导致保护动作。 因此需要根据启动所需要的时间以及频率与电压的波动，来重新整定一套黑启动保护定值。该套保护定值仅用于黑启动，当黑启动完毕，需要立即切换回常规保护定值。
2、孤网模式下变压器的冲击与零启升压的选择
当黑启动完成，恢复了输电线路电力之后，紧接着就要进行供电变压器的冲击了。
当合上断路器给变压器充电时，可以看到变压器的电流测量表计会有很大的波动，该波动电流就是励磁涌流。一般情况下励磁涌流周期较短，不会对变压器产生危害。但是励磁涌流非常大，甚至可能达到变压器额定电流的6-8倍，会对孤网机组产生较大的压力，从而导致频率与电压的反复波动，当波动较大时甚至会导致变压器的差动保护动作。经过分析最终决定在黑启动前提前合上供电变压器的进线断路器，由冲击变压器改为零启升压变压器。
经试验发现在该方法下励磁电流几乎可以忽略，因此机组的调速器系统与励磁系统可以稳定进行频率和电压的调整。需要注意的是变压器另一侧的断路器需要确认已经断开，防止不稳定的电源进入用户，损坏用户用电设备。
3.一次调频时频率反复震荡原因分析与处理方案。
2018年3月18日赞比亚穆松达水电站在孤网运行时发生频率震荡，频率在45HZ至55HZ的区间不停震荡，导致发电机保护动作，并最终启动紧急停机流程，有关机组数据如下图1。
（注释：红线为励磁电压，白线导叶开度，黄线为机组转速。）
由上图发现，当外部负荷增加后频率开始降低，调速器系统监测到频率低于正常运行频率，然后开始增大导叶开度，所以说第一个波峰与波谷的自动运行程序没有问题。但是从第二个调整周期开始，所有的曲线并没有呈现衰减的趋势。并最终经过反反复复的10个周期后依然没有变化，最终由于电压保护动作，停掉机组。
由上图可以看出，当瞬间带入负荷较多的话，频率会产生震荡，尤其是当频率＜48Hz，或者＞52Hz时频率震荡尤其严重。
从上述原因分析可以知道，问题的焦点在于调速器无法找到调整的平衡点，频率的死区竟然超过了4Hz，但是这种说法又是说不通的，因为该系统的调整死区仅为0.05Hz，所以说问题并不是出在孤网PID的参数。
最终经过与厂家沟通后得知，当系统频率＞52Hz时，整个调速器系统会自动闭锁PID调整系统，迅速将导叶全关，以防止出现机组过速。但是在关导叶过程中测到系统频率低时，导叶将根据频率再重新打开，并解锁PID调整系统。
最终发现整个功率震荡原因在调速器系统的PLC运行逻辑上，在与厂家、设计院沟通后一致决定修改该段程序，以保证机组的安全运行，具体整改方案如下：
我们已经知道当机组转速超过52Hz时，调速器PLC的运行逻辑为快速关闭接力器，直到频率降为48Hz以下时再通过PLC的PID参数进行微调。所以当电网因为负荷波动时增加逻辑判断，假如为并网模式运行的话，就一切照旧按照以前的逻辑进行工作；当运行模式为孤网运行的话，闭锁快关程序，仅通过PID参数进行微调调整，（需要增加小网死区与增加比例积分，以增加调整的速度，防止因为调整速度过慢而导致的过速保护动作）。
在完成PLC运行逻辑的修改和PID参数的微调后，该电厂又重新进行孤网甩负荷试验，具体数据如图2显示
（注释：红线为励磁电压，白线导叶开度，黄线为机组转速。）
如上图当所示，当机组在孤网模式下运行，甩掉部分负荷时，然后快速经过三个口径逐渐收缩的波形后，趋于平稳运行，最终证明该方案可行性。
四、结语
目前，笔者所工作的赞比亚穆松达水电站改造升级工程已经全部完工，7台机组均已正常发电。
为了电站能够正常运行，又重新进行了8次不同负荷的孤网一次调频试验，每次试验结果正常，不再产生功率震荡。电站又按照试验标准重新进行了调速器静态和动态试验，结果显示动态性能指标、稳定性能指标均优于国标和IEC标准。
穆松达水电站经过该次事故处理和提速器控制运行逻辑优化后运行更为稳定，为当地的电网安全和地区稳定做出了重要贡献。
参考文献：
[1]邝皆欣,陈志峰.含小水电上网配网线路孤网分析及故障后复电方案[J].中国高新技术企业,2016(28):117-119.
[2]陈明莉,荣红,蔡卫江,冯启文.觉巴水电站调速器孤网试验频率振荡分析及改进[J].水电站机电技术,2017,40(08):31-33.
论文作者:赵锋
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/18
标签：调速器论文; 频率论文; 机组论文; 系统论文; 电网论文; 变压器论文; 负荷论文; 《电力设备》2019年第8期论文;