沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組在孤網(wǎng)運(yùn)行下的異常與對(duì)策

1、沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組在孤網(wǎng)運(yùn)行下的異常與對(duì)策 前言電站經(jīng)過(guò)參建各方 年多的共同努力，克服了各種，目前已投產(chǎn)發(fā)電。由于孤網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)，自然、社會(huì)、電網(wǎng)環(huán)境的不同，給建設(shè)、施工和運(yùn)行提出了更高的要求。按照公司的部署，為保證投產(chǎn)發(fā)電后的設(shè)備和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文初步分析了電站沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組在孤網(wǎng)下運(yùn)行的可能異常情況，提出了相應(yīng)的對(duì)策和處理方法。 系統(tǒng)概況電站裝機(jī) 3=，保證出力 3=，多年平均發(fā)電量 億 Q= N，為江以上流域水力資源開(kāi)發(fā)的施工電源。近期分別通過(guò) Q 線(xiàn)路，為下級(jí)水電站提供施工電源。水庫(kù)正常 萬(wàn)S ，調(diào)節(jié) 萬(wàn)S 。單機(jī)額定流量 S Y，發(fā)電出力根據(jù)施工用電需要確

2、定，按水庫(kù)來(lái)水進(jìn)行日調(diào)節(jié)。預(yù)計(jì) 年 月 年 月最大負(fù)荷為 3= 3=，最小負(fù)荷為 3=。系統(tǒng)主要負(fù)荷為施工動(dòng)力機(jī)械，隨機(jī)性啟停，初期基本負(fù)荷較小，峰谷差較大，負(fù)荷變化率很大，功率因數(shù)較低。 異常運(yùn)行與對(duì)策 頻率異常按照電站投運(yùn)前期負(fù)荷水平，只能單機(jī)孤網(wǎng)運(yùn)行。調(diào)速器以空載穩(wěn)定為主要調(diào)節(jié)， 故參數(shù)的整定以空載穩(wěn)定為主，因此調(diào)速器只需要在空載時(shí)整定調(diào)頻的參數(shù)；機(jī)組出口開(kāi)關(guān)合閘后，投入一次調(diào)頻開(kāi)關(guān)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入一次參數(shù)，此時(shí)適當(dāng)加大比例系數(shù)和積分系數(shù)；當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后，機(jī)組頻率值低于 . 或超過(guò) 時(shí)，調(diào)速器自動(dòng)轉(zhuǎn)入小網(wǎng)的參數(shù)，即孤網(wǎng)參數(shù)。由于孤網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)頻率完全由機(jī)組頻率決定，而機(jī)組頻率額定頻率 . 運(yùn)行，

3、因此，只要調(diào)速器系統(tǒng)工作正常，除系統(tǒng)負(fù)荷大于機(jī)組可調(diào)出力的特殊情況外，一般不會(huì)出現(xiàn)機(jī)組頻率長(zhǎng)時(shí)間偏離于額定值的運(yùn)行工況。如果出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷引起低頻率運(yùn)行工況，按 過(guò)負(fù)荷處理。機(jī)組低頻異常運(yùn)行處理。主要應(yīng)注意：轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)磁及定子過(guò)負(fù)荷引起的鐵芯，以及廠(chǎng)用電出力下降、通風(fēng)量下降所帶來(lái)的對(duì)機(jī)組冷卻系統(tǒng)的可能影響，必要時(shí)可調(diào)整增加技術(shù)供水壓力及供水量。至于沖擊負(fù)荷引起的頻率瞬時(shí)波動(dòng)，見(jiàn)第 點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施。電站最突出的頻率問(wèn)題是突然甩負(fù)荷。由于輸水系統(tǒng)長(zhǎng) QS，最大水頭 S，未設(shè)置調(diào)壓井，調(diào)保安全要求極高，噴針的動(dòng)作速度被嚴(yán)格限制。如果按機(jī)組額定運(yùn)行工況下甩 負(fù)荷，轉(zhuǎn)速上升 計(jì)，頻率上升 .，將直接導(dǎo)

4、致折向器關(guān)閉（ . 動(dòng)作）， 9 后機(jī)組失去原動(dòng)力，頻率下降達(dá) . 時(shí)折向器又打開(kāi)，如此反復(fù)震蕩。但由于機(jī)組慣性及折向器有 9 的動(dòng)作過(guò)程，實(shí)際頻率波動(dòng)范圍將更大，很可能引起頻率保護(hù)動(dòng)作切機(jī)，全廠(chǎng)失去廠(chǎng)用電。很顯然，正常運(yùn)行中任意一條 Q 送出線(xiàn)路的突然跳閘，都可能出現(xiàn)這種。針對(duì)以上特點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行值班的事故預(yù)想和黑啟動(dòng)操作演練，以保證事故情況下的正確處理和恢復(fù)正常運(yùn)行方式的操作速度，提高電網(wǎng)供電保障水平。電壓異常電站投運(yùn)初期，由于 Q 變還配有 QX 補(bǔ)償電容器 臺(tái)，應(yīng)該說(shuō)受電側(cè)的電壓調(diào)節(jié)能力是完全能滿(mǎn)足運(yùn)行要求的。長(zhǎng)線(xiàn)路空載或輕載運(yùn)行造成末端電壓“翹尾”限時(shí)，可退出 Q 側(cè)補(bǔ)償電容，也可采

5、取適當(dāng)降低供電側(cè)電壓、改變受電側(cè)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)位置等措施，盡可能保證整個(gè)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓在正常范圍。個(gè)別施工點(diǎn)如電壓過(guò)低，屬低壓線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)、導(dǎo)線(xiàn)截面太小或負(fù)載超限原因，可啟動(dòng)原有柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。也可局部線(xiàn)路升級(jí)改造，如加大導(dǎo)線(xiàn)截面，提高末端輸電線(xiàn)路電壓等級(jí)等。電站側(cè)的的電壓調(diào)節(jié)在正常設(shè)計(jì)范圍內(nèi)應(yīng)無(wú)問(wèn)題，情況下可采取適度進(jìn)相運(yùn)行或無(wú)功滿(mǎn)載運(yùn)行措施。長(zhǎng)期偏高或偏低時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)主變分接頭位置。針對(duì)小網(wǎng)運(yùn)行方式特點(diǎn)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的限值整定參數(shù)，可建議廠(chǎng)家進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)節(jié)參數(shù)、699 穩(wěn)定參數(shù)及有關(guān)遠(yuǎn)期如果下級(jí)電站開(kāi)始施工， Q 送出線(xiàn)路長(zhǎng)達(dá) QS，如果輸送總功率接近穩(wěn)定極限時(shí)，盡管變電站可以通過(guò)有載調(diào)壓進(jìn)

6、行電壓調(diào)節(jié)，但發(fā)電側(cè)的電壓調(diào)節(jié)難度加大，可能按電壓上限運(yùn)行仍不能保證系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的正常電壓。此前如果與 Q 聯(lián)網(wǎng)，問(wèn)題將可以忽略。當(dāng)然，引起電壓異常的根本原因還是頻率異常，并主要表現(xiàn)在系統(tǒng)事故、機(jī)組甩負(fù)荷、大功率負(fù)載突變的暫態(tài)過(guò)程，對(duì)用戶(hù)及電站設(shè)備的危害將更加直接。頻率異常主導(dǎo)電壓異常，突出表現(xiàn)在低頻率和低電壓運(yùn)行，將引起系統(tǒng)穩(wěn)定極限下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩和沖擊負(fù)荷除系統(tǒng)事故、線(xiàn)路突然跳閘甩負(fù)荷外，電，應(yīng)加以重點(diǎn)防治。沖擊負(fù)荷（尤其是大功率電全電壓、全負(fù)載啟動(dòng)）是造成小網(wǎng)運(yùn)方下頻率波動(dòng)、功率振蕩的主要原因。當(dāng)機(jī)組輕載運(yùn)行時(shí)，比如 負(fù)荷下，一臺(tái) Q= 的電啟動(dòng)將會(huì)帶來(lái)機(jī)組出力 的階躍，而沖擊式

7、機(jī)組由于噴針動(dòng)作緩慢的特點(diǎn)，功率調(diào)節(jié)跟不上負(fù)荷變化，頻率波動(dòng)不可避免。因此，應(yīng)要求各施工避免大功率電全壓、全負(fù)載啟動(dòng)，更不能同時(shí)多臺(tái)大功率電啟動(dòng)。有條件時(shí)應(yīng)采用降壓?jiǎn)?dòng)、分步啟動(dòng)（間歇啟動(dòng)）、逐步投入負(fù)載的安全措施。也可預(yù)先通知運(yùn)行，采取適度增加機(jī)組出力，人工手動(dòng)干預(yù)幫助的措施。但更為關(guān)鍵的是調(diào)速器協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)方式及調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置。由于本調(diào)速器無(wú)協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷較大，并且負(fù)荷突變頻繁，經(jīng)常大幅度變化時(shí)，可采取閉鎖噴針的切換，全部噴嘴開(kāi)啟到某一較大的開(kāi)度，將小網(wǎng)的調(diào)節(jié)參數(shù)選擇使被控機(jī)組的頻率控制在 . 以?xún)?nèi)；將折向器動(dòng)作頻率設(shè)置在 .以外，避免正常的負(fù)荷波動(dòng)引起折向器保護(hù)性關(guān)閉，使機(jī)組周期性失去原動(dòng)力

8、，引起頻率更大幅度波動(dòng)，導(dǎo)致頻率保護(hù)動(dòng)作或勵(lì)磁系統(tǒng)低頻限制動(dòng)作切機(jī)，系統(tǒng)低負(fù)荷并失去廠(chǎng)用電。如前述，電站投運(yùn)初期，各施工點(diǎn)負(fù)荷有限，供大于求，機(jī)組一直處于發(fā)電受限狀態(tài)。當(dāng)小網(wǎng)的最大負(fù)荷 單臺(tái)機(jī)組額定出力時(shí)，應(yīng)特別注意 噴針開(kāi)度（總開(kāi)度 計(jì)）附近的噴針切換帶來(lái)的頻率波動(dòng)。此開(kāi)度調(diào)速器程序中自動(dòng)進(jìn)行雙噴 四噴切換，應(yīng)閉鎖噴針的切換，避免由于噴針的切換引起負(fù)荷的波動(dòng)，導(dǎo)致小網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定；將噴針的最大開(kāi)度進(jìn)行限制，小網(wǎng)的調(diào)節(jié)參數(shù)選擇應(yīng)該使被控機(jī)組的頻率控制在 以?xún)?nèi)。當(dāng)小網(wǎng)的負(fù)荷 機(jī)組額定出力時(shí)，機(jī)組進(jìn)入限制運(yùn)行區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)機(jī)組振動(dòng)、擺度和軸承的監(jiān)測(cè)，異常時(shí)應(yīng)退出機(jī)組運(yùn)行，啟動(dòng)柴油機(jī)接帶廠(chǎng)用電，各施工點(diǎn)

9、自行啟動(dòng)柴油機(jī)發(fā)電。根據(jù)流域施工負(fù)荷，這種運(yùn)行工況時(shí)間不長(zhǎng)，主要出現(xiàn)在 Q 出線(xiàn)跳閘，機(jī)組帶廠(chǎng)用電及營(yíng)地用電期間。過(guò)負(fù)荷預(yù)計(jì) 年 月出現(xiàn)最大施工用電負(fù)荷，但仍小于電站機(jī)組可調(diào)出力。如果到時(shí)仍未能與國(guó)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，或出現(xiàn)用電負(fù)荷時(shí)，可利用水庫(kù)的調(diào)節(jié)干旱氣候，入庫(kù)發(fā)電出力小于施工加大發(fā)電出力，滿(mǎn)足施工用電需要。如果水庫(kù)水位已消落到位，機(jī)組出力仍負(fù)荷需要時(shí)，可采取柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，次要負(fù)荷拉閘限電，錯(cuò)峰用電等措施。必要時(shí)可退出電站、變電站的部分空載主變運(yùn)行，減少變損，最大限度滿(mǎn)足施工用電需要。發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。三相負(fù)荷不平衡三相負(fù)荷不平衡將引起機(jī)組振動(dòng)和轉(zhuǎn)子表面發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)負(fù)序電流保護(hù)發(fā)信或動(dòng)作

10、跳閘。一般不允許負(fù)序電流超過(guò)額定值的 。由于施工負(fù)荷主要為三相電，日常生活辦公用電負(fù)荷也是三相均衡配置，故正常情況下不會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡超過(guò)值。當(dāng)確認(rèn)送出線(xiàn)路單相斷線(xiàn)，保護(hù)拒動(dòng)，機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，應(yīng)立即緊急停機(jī)。短路計(jì)算與保護(hù)整定問(wèn)題短路電流計(jì)算大方式應(yīng)當(dāng)為三臺(tái)機(jī)發(fā)電，但初期孤網(wǎng)運(yùn)行方式下，實(shí)際上又沒(méi)有這種運(yùn)行方式；小方式為一臺(tái)機(jī)發(fā)電，但不能帶額定負(fù)荷，會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行工況。大、小方式下的系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)相差懸殊；低功率因數(shù)負(fù)載、空載長(zhǎng)線(xiàn)路電容影響、補(bǔ)償電容作用、有載調(diào)壓主變動(dòng)作，都會(huì)使發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電勢(shì)較大偏離計(jì)算空載電勢(shì)，這些特殊情況，都給傳統(tǒng)的繼電保護(hù)整定計(jì)算帶來(lái)了困擾，會(huì)影響到保護(hù)動(dòng)

11、作的可靠性和靈敏度。如元件的速斷保護(hù)按大方式躲過(guò)區(qū)外短路電流整定，按小方式區(qū)內(nèi)兩相短路的最小短路電流校核靈敏度，可能要求。過(guò)電流保護(hù)按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定，一般按元件額定電流代替，是相鄰元件的后備保護(hù)，但小方式相鄰區(qū)外兩相短路可能會(huì)啟動(dòng)不了保護(hù)，遠(yuǎn)方短路甚至難以啟動(dòng)過(guò)負(fù)荷信號(hào)，后備保護(hù)就。如果按實(shí)際負(fù)荷電流整定，負(fù)荷電流又變化太大，取值過(guò)小，又會(huì)使保護(hù)選擇性配合。這就需要設(shè)計(jì)和整定計(jì)算進(jìn)行評(píng)估，充分考慮這些實(shí)際。出現(xiàn)保護(hù)整定時(shí)，可先按兩臺(tái)機(jī)作為大方式計(jì)算短路電流；過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷保護(hù)按實(shí)際最大負(fù)荷整定，當(dāng)負(fù)荷階段性增加后再重新整定，可能會(huì)更切合實(shí)際一些。當(dāng)然，其它如差動(dòng)、距離、光差以及非電量等與

12、運(yùn)方無(wú)直接關(guān)聯(lián)的保護(hù)還是能保證其動(dòng)作可靠性與靈敏度的。 其它組織與技術(shù)措施優(yōu)化調(diào)度孤網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度應(yīng)以安全穩(wěn)定為前提，保證電能質(zhì)量為目的，不斷探索和提高調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)行管理水平。這是一個(gè)包含水庫(kù)調(diào)度、發(fā)電調(diào)度、電網(wǎng)調(diào)度的系統(tǒng)調(diào)度工程，需要各個(gè)工作環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合與專(zhuān)業(yè)管理。原則上是調(diào)度，分級(jí)管理，分段運(yùn)行與主備銜接。具體的調(diào)度方案，需在不同的施工安裝階段結(jié)合不同運(yùn)行設(shè)備的性能特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，并積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，加以調(diào)整完善。孤網(wǎng)運(yùn)行方式下的人工調(diào)度，主要是調(diào)度必須熟悉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和潮流分布，在設(shè)備停送電或切換操作時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行穩(wěn)定為先、擾動(dòng)最小的原則，避免負(fù)載大幅波動(dòng)或線(xiàn)路輸送功率超過(guò)穩(wěn)定極限。送電時(shí)從電源

13、到負(fù)載開(kāi)關(guān)依次順序合閘， Q 配電線(xiàn)路逐條送電；停電時(shí)相反。 Q 與大網(wǎng)聯(lián)絡(luò)后，解并列點(diǎn)的操作必須將負(fù)荷電流調(diào)到接近零后進(jìn)行，避免小網(wǎng)電力失衡引起功率振蕩或頻率大幅波動(dòng)。 柴油機(jī)配置廠(chǎng)房和壩區(qū)的柴油機(jī)按設(shè)計(jì)配制分別為 B Q=，可滿(mǎn)足事故情況下的廠(chǎng)用負(fù)載和啟閉要求。但應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行管理，按油料，定期試啟動(dòng)，保證隨時(shí)能投入正常運(yùn)行。 黑啟動(dòng)立式?jīng)_擊式水輪發(fā)電機(jī)組只要調(diào)速器壓油裝置保持一定的壓力 直流系統(tǒng)能維持一定的電壓 就具備了黑啟動(dòng)的基本條件。因此，當(dāng)全部失去廠(chǎng)用電時(shí)，首先應(yīng)采取措施保持油壓（如關(guān)閉壓油灌出口主閥），減輕直流系統(tǒng)負(fù)載（如切除部分事故照明、關(guān)閉顯示器電源），為黑啟動(dòng)成功創(chuàng)造條件。如果黑啟動(dòng)不成功，或失去廠(chǎng)用