（广东粤电枫树坝发电有限责任公司 广东河源 517300）
摘要：在水轮机组的正常运行中，当发生线路甩负荷时，如果调速器逻辑判断调节及机组响应迟缓，将会对机组产生不可预估的损害。本文根据本厂的实际情况，引入外部辅助节点、功率突变及机频突变相结合的逻辑判断方式来进入孤网调节，通过补偿机制、高性能PLC和伺服电机、以及优化参数来保持机组转速稳定性，最后根据本站线路特点，设定线路甩负荷转孤网的控制策略。
关键词：调速器；线路甩负荷；大网；孤网；控制策略
前言
枫树坝电厂总装机容量，两台机组原采用PSW（S）T比例数字冗余式水电机组调速器，随着电网一次调频辅助服务考核、并网安全反措等要求的规范和提高，调速器系统在频率精准控制方面暴露了一些技术不足与缺陷。在2017年至2018年底先后对两台调速器进行了升级改造，均采用W（Z）T型双交流伺服电机双可编程微机调速器，以双PLC为控制中心，无油电转为电液转换环节，机械液压系统作为执行机构的新型微机调速器。
1 线路甩负荷产生的原因和危害
在水轮机组正常运行中，发生线路甩负荷时，造成运行机组突然脱离电网转孤网运行，如机组发生某种机械或电气事故、主变保护、线路故障、或者电力系统故障使出口断路器跳闸。线路甩负荷发生时，机组获得的机械能无法转变成电能输送出去，动力矩大于阻力矩，此时调速器逻辑判断调节及机组响应迟缓时，转速急速上升超过额定转速，甚至达到飞逸转速，对机组的损害不可估量，具体表现为：
（1）轴推力发生变化，有可能出现抬机现象，造成机械结构变形，损坏；
（2）振动和摆度超过允许范围，引起碰撞，损坏部件；
（3）固定螺栓松动，钢管，蜗壳可能产生裂缝或破损，在高水头的情况有可能会引起水锤现象等。
在机组正常时，调速器及时判断线路甩负荷，机组快速响应，转速上升到某一最大值后，在调速器的快速判断霞将导开关压制在空载位置，从而使转速下降后稳定在空载状态，如在紧停动作的情况下，导叶全关，转速下降直至停机。可以看出调速器在整个线路甩负荷的过程中承担着至关重要的环节。，
2 调速器在不同情况下的运行方式
大网运行与孤网运行是调速器在不同情况下的两种运行方式。大网运行方式中，调速器主要按照负荷给定，保持机组负荷的稳定性；功率环PID参数为恒功率运行参数，频率环PID参数为正常运行参数，导叶环运行参数为正常运行参数。
孤网运行方式中，由于网上负荷变化较大，系统容量较小，调速器主要根据外部负荷变化的情况，调整机组出力，保持机组转速的稳定性，功率环PID参数为孤网运行参数，频率环PID参数为孤网运行参数，导叶运行参数为孤网运行参数。就孤网运行本身而言，仅仅为一种机组运行方式。那么，该如何正确判定机组处于孤网运行状态？在外界负荷不断变化的情况下，又如何保持机组转速波动最小？
2.1 孤网运行状态判别方法
孤网运行判别方式有简单判别法和图像自动识别两种方式。简单判别法对频率波动和功率波动预设阀值，当发现频率波动和功率波动的峰峰值连续N次超过预设阀值时，判断为孤网运行；简单判别法简单易行，但预设阀值受小网时间－频率特性、时间－负荷特性影响，受水力、机组特性影响，受调速器本身特性影响，难以准确设置，如加入自学习机制将更完善。图像自动识别法不断将频率和功率采样曲线映射成图像，不断进行分类及逼近（开始时需要人工干预），最后形成符合现场特点的一组以时间分类的孤网判别图像依据，供孤网运行判别使用，该方法较为复杂，需要调速器具备较高的运算速度及存储空间，但准确性及适应性较高。
最好的判别方式是引入外部辅助接点（即线路开关位置），当该开关量出现变化时，调速器可迅速切换一套预设的控制算法及运行参数，及时进入孤网调节，确保机组转速波动最小。若在无法提供线路开关辅助接点的情况下，一般通过功率突变及机频突变相结合的逻辑判断方式，及时进入孤网调节，确保机组转速波动最小由于该方式需要一定的时间作为判断数据采集的基础，因此，在由大网转为孤网的时刻，调速器将在一定时间内保持原有的控制模式，运行参数不变，只能由频差（越出死区部分）和功差（越出死区部分）及原有PID参数来保证机组转速的稳定性，在判别的时间段内，一般机组转速的稳定性不是很好。
2.2 枫树坝电厂孤网运行时保持机组转速稳定性的措施
（1）、应用九点控制的控制规律及控制算法，适时选择孤立电网参数。
（2）、通过现场现场试验，选择合适的运行参数。
（3）、通过各种补偿机制，提高调速器的控制灵敏度。
（4）、选择高性能的PLC，缩短调速器的控制周期，提高响应速度。
（5）、选择高性能的伺服电机，保证液压系统的响应速度
2.3 孤网运行特性
（1）、针对具有直供电的电厂，设置成组调技术，使一部分机组带基荷，另一部分机组调频，满足直供区的电网稳定。
（2）、引入线路开关、功率和机频突变相结合的方式，快速判别孤网。
3 枫树坝电厂线路甩负荷转孤网控制策略
（1）电气主接线为双220KV出线，实际运行中一路220KV出线投入时，另一路在备用状态，所以正常运行方式均为单回出线。当电站发生线路甩负荷后，调速系统应通过线路开关位置、功率突变及机频突变快速逻辑判断转换至空载模式，带小电网（厂用电）运行保障厂站不失压，调节速率及时间应满足不超过机组145%过速定值。根据实际运行经验，为避免功率振荡，线路甩负荷时如2台机同时开机，则由1号机带小电网（厂用电）运行，2号机直接停机；如果只有2号机发电运行，则由2号机带小电网（厂用电）运行；其控制策略应由2路线路开关状态和2台发电机出口开关状态经逻辑运算判定。
（2）常规测速装置外，增加插装式事故配压阀和进口Alstom纯机械过速置配合机组过速保护进行参数整定，装置动作精确，作为水电机组转速频率控制的最后安全保护环节。
4 线路甩负荷性能指标对比
改造前因调速器控制策略缺陷，在线路甩负荷时大网转小网逻辑判断调节及机组响应较迟缓，造成机组转速上升较快，2015年4月5日发生线路甩负荷时转速最大达到143.7%，2016年5月30日发生线路甩负荷时#1转速最大162.2%，#2转速最大154.9%，均超过机组过速整定值，造成闸门全落全厂失压。改造后机组甩负荷转速最大上升值119%，试验线路甩负荷转速最大上升值才110%，机组甩负荷现场试验响应快速性能指标较好，对比改造前数据更符合国家技术标准及厂站运行方式需求。
5 结论
通过对调速器的升级改造，解决了调速器在线路甩负荷时控制策略的缺陷。根据本厂实际情况，设计线路甩负荷转孤网控制策略，改造后机组甩负荷现场试验响应快速性能指标较好。
参考文献：
[1]毕胜春. 电力系统远动及调度自动化.北京：中国电力出版社，2004
[2]王葵. 电力系统自动化. 北京：中国电力出版社，2012
[3]刘卫亚. 缩短甩负荷后水轮机调速器的调节时间[J].大电机技术，2001
论文作者:曾维强
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/2
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