摘要：本文分析了中小型水轮发电机组调速器孤网运行模式，介绍了调速器孤网逻辑改造与实践过程。
[关键词] 调速器 孤网 改造 实践
1、引言
随着电力系统的快速发展，对系统内并网同步发电机的频率调节性能、快速响应及运行可靠性提出了更高的要求，中小型水轮发电机组由于投资、设计以及对电网稳定性的贡献等原因，忽视了机组带地区孤网负荷运行的重要性，各中小型水轮发电机组孤网运行模式存在着不同程度的缺陷，甚至有些小型机组根本就没有设计孤网功能，不具备孤网运行的能力。近年来电力系统的容量扩充速度加快，规模不断扩大，在极端情况下大电网可能会分解成几个小的区域电网运行，有些电源末端的小型机组甚至带周边负荷运行，各小区域电网孤网运行时，区域内并网运行的发电机由于不具备稳定运行的能力进而引起小区域电网频率波动过大，更有甚者会引起发机组与系统解列，造成区域电网瓦解等恶性电网事故，对社会生产、生活秩序影响极其恶劣，本文结合库什塔依水电站调速器孤网改造及运行的成功经验，提出中小型水轮发电机孤网改造的方法和思路。
2、概述
库什塔依水电站位于新疆伊犁，电站安装有4台混流式水轮发电机组，总装机容量100MW（2×35MW+2×15MW）, 4台机组调速器均为南瑞集团生产的SHR-2000型微机调速器，调速器在设计时未设置孤网运行模式，机组调试阶段因业主要求厂家技术人员增加了手动孤网投入开关，电站投产以来曾发生过多起因外部电网故障而引起的孤网运行情况，机组在发生外部电网事故时的第一时间人工投入孤网模式的情况下，机组调速器基本上都能及时调节达到稳定运行状态，保证了电站厂用电和送出变电所的安全运行，但随着电网的快速发展，网内出现了多次电网故障导致的末端局部电网瓦解事件，为此单独依靠人工判断方式投退孤网开关已不能满足电网发展的需要和电站安全运行的要求，故孤网运行的模式技术改造势在必行。
3、调速器调节原理
3.1电站1#～4#调速器，采用贝加莱PCC（2003）双套配置，使用PID经典控制理论，发电态、空载态、孤网态等情况下分别调用不同的PID参数，液压随动系统采用新型插装阀式，调速器控制信号经采样、计算、输出控制信号、伺服比例功放放大、伺服比例阀输出控制等组成，快速调节时插装阀动作实现粗调节，随后伺服比例阀动作实现精调，两套阀组配合完成机组调节过程。
4、典型孤网运行模式分析
4.1电站1#～4#机组全部并网运行或部分机组并网运行，库什峻线（出线）故障，库什峻线本侧2280断路器或对侧2280断路器故障跳闸，此时全厂仅有厂用负荷，有功、无功均会严重过剩，机组频率快速上升，电压上升，如果达到稳控切机动作频率值52.5HZ时，稳控将会动作切除1至3台运行机组，仅剩一台机组带厂用。此时网频就是机组，由于系统频率与机组频率一致，调速器仅以出口断路器合位作为判断并网运行态的条件，出口断路器在合位时始终调用发电态PID运行参数，接力器将会大幅度的来回调整，频率无法在较短的时间内稳定在50HZ附近，如果此时压油装置供油量达不到调节速率的要求，机组将会因调速器事故低油压造成事故停机，全厂将会失电。
4.2电站1#～4#机组全部并网运行或部分机组并网运行，峻巩线故障，220kV喀拉峻变两回110kV线路、库什峻线正常运行，喀拉峻变接入的其他电站机组能及时调节，此时如果机组负荷与喀拉峻变电站所接带的负荷达到新的平衡，机组频率在经过小的波动后将会稳定在50HZ附近，机组调速器仍调用发电态参数，由于机组通过110kV系统仍与电网相连，故机组可以稳定运行。
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4.3电站1#～4#机组全部并网运行或部分机组并网运行，巩留变故障全站失压，220kV喀拉峻变两回110kV线路、库什峻线正常运行，此时将会形成以喀拉峻变为中心的特克斯、昭苏地区电网，电站机组将会在一个大的孤网模式下运行。如果系统内所有运行机组出力与所接带的负荷如果大体上一致，其他接入喀拉峻变机组能及时调节，则调速器在经过相对较大频率的波动后能稳定在50HZ运行，但此时如果未及时转入孤网模式，不在孤网频率环参数模式下运行，则在暂态过程中调速器有可能大幅度来回调整将因压油装置油泵打压跟不上调节的速率，事故低油压可能动作造成机组事故停机；如果系统内所有机组有功严重不足，机组会因无法达到功率平衡而形成过流造成电气事故停机。
4.4电站1#～4#机组全部并网运行或部分机组并网运行，峻巩线故障，220kV喀拉峻变两回110kV线路停运、斯木昭线停运，库什峻线正常运行，喀拉峻变接入的其他电站机组能及时调节，此时库什塔依水电站与接入喀拉峻变的其他电站形成互带的轻载小电网。
5、逻辑模式转换
5.1鉴于以上几种典型的、最有可能的故障类型，经过反复优化与模拟试验，对电站所属4台水轮发电机组调速器正常运行模式转孤网模式逻辑进行了如下修改，即保留原来的孤网模式投入开关，增加2280开关位置节点和系统频率判据，以或的逻辑关系实现从正常并网运行状态到孤网运行模式的切换。
5.2为防止调速器进入孤网模式时监控系统、AGC功率闭环投入进行功率调节，造成暂态过程中的反调节，引起故障扩大化，故对监控系统、AGC功率闭环逻辑进行如下修改：
5.3孤网转正常运行模式逻辑
库什塔依水电站孤网模式转正常运行模式逻辑如下：
5.4 根据机组调速器特性，结合水轮机容量，经反复试验确定PID参数，KP=1.0～1.3，KI=0.1,KD=2～5,调频死区设置为0.3HZ较为合理。
6、改进措施
调速器是控制水轮发电机组在各种运行工况下运行的关键设备，中小型水轮发电机组调速器不具备孤网或孤网功能不全面的原因主要有以下几个方面：
（1）设计阶段存在设计漏项，招投标时未在技术条款中明确。
（2）由于现在电力系统容量较大，中小型水轮发电机组在系统的关注度低，特别是小型水轮发电机组。
（3）对水轮发电机组各种运行工况考虑不全面，遗漏了极端情况下水轮发电机带厂用、地区小电网运行时孤网运行工况。
针对上述原因应做好设计联络、设备监造、调试阶段的相关工作；调试过程中对调速器的各种运行工况进行全面测试，以确保调速器在各种工况下安全、可靠、稳定运行。
7、结语
调速器系统是水轮发电机组安全、稳定、可靠运行的关键设备之一，设备在选型时要综合考虑其实用性、性价比，在设计、安装、调试、并网动态实验阶段加强管理，这是确保机组安全可靠稳定运行的必要前提。
参考文献：
1.水轮机调节，魏守平著；
2.水轮机调速器实用技术，周泰经、吴应文著；
3.水轮机调速器及油压装置运行规程，DL/T 792-2001。
作者简介：祁秀萍，1983年生，女，本科学历，电气工程及其自动化专业，助理工程师，从事电力生产运行及管理工作。
论文作者:祁秀萍
论文发表刊物:《科技新时代》2018年9期
论文发表时间:2018/11/16
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