范小波，劉加將，周大鵬

（1.四川華能巴塘水電有限公司，四川甘孜藏族自治州，627650；2.四川華能康定水電有限責(zé)任公司，四川甘孜藏族自治州，626000）

引言

水輪發(fā)電機(jī)組一級(jí)過速保護(hù)是防止機(jī)組過速的第一道重要保護(hù)措施，其動(dòng)作的可靠性不僅關(guān)系到機(jī)組自身安全，還關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組一級(jí)過速保護(hù)因設(shè)計(jì)漏洞，在機(jī)組甩高負(fù)荷的情況下，極易造成保護(hù)誤動(dòng)停機(jī)，致使機(jī)組無法實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)運(yùn)行功能，從而引起大面積、長(zhǎng)時(shí)間停電事故的發(fā)生。通過本文提出的解決方法，能夠有效解決機(jī)組一級(jí)過速保護(hù)誤動(dòng)問題，提升電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行能力。

1 水輪發(fā)電機(jī)組過速情況下主配壓閥實(shí)際動(dòng)作情況分析

某混流式水輪發(fā)電機(jī)在甩 75%負(fù)荷過程中機(jī)組轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉接力器行程變化曲線如圖1所示：

圖1 某機(jī)組甩75%負(fù)荷曲線Fig1 The curve of the 75% load rejection test for a Hydroelectric Generator

通過圖 1可以看出，當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷后機(jī)組轉(zhuǎn)速由額定轉(zhuǎn)速上升至最高轉(zhuǎn)速期間，主配壓閥會(huì)立即向關(guān)方向動(dòng)作將導(dǎo)葉關(guān)至最?。粰C(jī)組轉(zhuǎn)速由最高轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速期間，由于調(diào)速器 PID調(diào)節(jié)特性和空載開度的設(shè)置[1]，主配壓閥會(huì)向開方向動(dòng)作。

2 常規(guī)一級(jí)過速保護(hù)容易引起保護(hù)誤動(dòng)的具體原因

《GB?T 11805-2008 水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化元件（裝置）及其系統(tǒng)基本技術(shù)條件》對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組一級(jí)過速保護(hù)做出了明確規(guī)定，要求當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到 110%～115%額定轉(zhuǎn)速，又遇調(diào)速器主配壓閥拒動(dòng)，經(jīng)過延時(shí)動(dòng)作過速限制器和關(guān)閉進(jìn)水閥實(shí)現(xiàn)緊急事故停機(jī)。通過筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，各調(diào)速器廠家設(shè)計(jì)的一級(jí)過速保護(hù)動(dòng)作邏輯為：機(jī)組轉(zhuǎn)速大于 115%額定轉(zhuǎn)速且主配壓閥拒動(dòng)（主配壓閥不在關(guān)方向）位置信號(hào)通過一定延時(shí)啟動(dòng)緊急事故停機(jī)。結(jié)合圖 1分析，在轉(zhuǎn)速超過 115%額定轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速期間（由a點(diǎn)至b點(diǎn)），主配壓閥一致處于關(guān)方向，保護(hù)動(dòng)作條件不滿足，機(jī)組不會(huì)緊急事故停機(jī)；在轉(zhuǎn)速由最高轉(zhuǎn)速降至115%額定轉(zhuǎn)速期間（由b點(diǎn)至c點(diǎn)），由于PID調(diào)節(jié)規(guī)律，主配壓閥會(huì)向開方向動(dòng)作，即主配壓閥不在關(guān)方向，此時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于 115%額定轉(zhuǎn)速且主配壓閥拒動(dòng)條件均已滿足，又因所甩負(fù)荷的大小決定機(jī)組轉(zhuǎn)速上升的速率，負(fù)荷越大，甩負(fù)荷時(shí)機(jī)組的轉(zhuǎn)速上升速度越快，因此不同的負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生不同的甩負(fù)荷曲線，使轉(zhuǎn)速和主配壓閥位移曲線成為一個(gè)范圍，而不是一個(gè)固定值，從而導(dǎo)致延時(shí)時(shí)間無法準(zhǔn)確確定，整定過大會(huì)導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)一步過速，整定過小勢(shì)必提高一級(jí)過速保護(hù)誤動(dòng)的幾率。

3 可編程微機(jī)調(diào)速器在水輪發(fā)電機(jī)組一級(jí)過速保護(hù)中的應(yīng)用

目前針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組常規(guī)一級(jí)過速保護(hù)誤動(dòng)情況，部分電站采取在機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)程序中只判斷上升沿的115%額定轉(zhuǎn)速區(qū)間（即圖1中的a點(diǎn)到b點(diǎn)之間），在此區(qū)間若主配壓閥在關(guān)閉方向，則認(rèn)為調(diào)速器是在正常動(dòng)作而不出口停機(jī)，但此辦法只適用于無后備水機(jī)保護(hù)回路的系統(tǒng)，因判斷上升沿需要機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行程序處理[2]。而隨著可編程微機(jī)調(diào)速器在水輪發(fā)電機(jī)組控制上的普遍應(yīng)用，筆者通過探索，提出了利用可編程微機(jī)調(diào)速器來優(yōu)化主配壓閥拒動(dòng)的判斷邏輯，有效解決了水輪發(fā)電機(jī)組常規(guī)一級(jí)過速保護(hù)誤動(dòng)的問題，具體如下：

取消主配壓閥不在關(guān)方向位置信號(hào)作為主配壓閥拒動(dòng)信號(hào)，采用主配壓閥行程大于主配壓閥中位偏差（死區(qū)）且導(dǎo)葉給定值與反饋值偏差大于整定值并通過一定延時(shí)作為主配壓閥拒動(dòng)判據(jù)，該判據(jù)由可編程微機(jī)調(diào)速器編程實(shí)現(xiàn)，具體判斷邏輯如圖2所示。

圖2 主配壓閥拒動(dòng)判定邏輯Fig2 The decision logic of refusing action of main pressure-distribution valve

即當(dāng)導(dǎo)葉PID給定值與實(shí)際值偏差大于m，而主配壓閥行程在時(shí)間t內(nèi)始終大于主配中位偏差 n，則判斷為主配壓閥拒動(dòng)，其中 m、n、t需通過調(diào)速器靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)測(cè)整定。

4 該方法在華能拉拉山水電站的應(yīng)用

華能拉拉山水電站位于四川省甘孜藏族自治州巴塘縣境內(nèi)，電站裝機(jī)2×48MW，是川藏聯(lián)網(wǎng)工程的一個(gè)重要電源支撐點(diǎn)，對(duì)川藏聯(lián)網(wǎng)工程的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。為驗(yàn)證該方法的科學(xué)、可靠性，2014年12月1日，中國(guó)電力科學(xué)研究院與四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所及拉拉山水電站工作人員共同對(duì)拉拉山水電站 1、2號(hào)機(jī)組進(jìn)行了一級(jí)過速保護(hù)試驗(yàn)，試驗(yàn)主要包括靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)兩部分，具體試驗(yàn)情況如下。

4.1 靜態(tài)試驗(yàn)

本試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)主配壓閥真實(shí)拒動(dòng)和未拒動(dòng)時(shí)調(diào)速器能否可靠發(fā)信。

（1）將主配壓閥固定，不讓其位移，通過強(qiáng)制導(dǎo)葉偏差的方法模擬主配壓閥拒動(dòng)（兩臺(tái)機(jī)組導(dǎo)葉偏差值m整定為5，主配中位偏差值n整定為3，延時(shí)時(shí)間t整定為800ms，整定值取決于調(diào)速器采樣精度及主配行程綜合誤差），試驗(yàn)波形見圖3。

圖3 一級(jí)過速保護(hù)靜態(tài)試驗(yàn)波形圖1Fig3 The first class over-speed protection static test waveform 1

從圖3中可以看出，當(dāng)導(dǎo)葉偏差從0階躍到4.9%時(shí)，沒有發(fā)出主配拒動(dòng)信號(hào)，當(dāng)導(dǎo)葉偏差從0階躍到5.1%時(shí)，800ms后調(diào)速器發(fā)出主配拒動(dòng)信號(hào)。

（2）模擬機(jī)組并網(wǎng)，進(jìn)行轉(zhuǎn)速（頻率）階躍，模擬機(jī)組一級(jí)過速，試驗(yàn)波形見圖4。

圖4 一級(jí)過速保護(hù)靜態(tài)試驗(yàn)波形圖2Fig4 The first class over-speed protection static test waveform 2

從圖4中可以看出，在機(jī)組一級(jí)過速時(shí)，主配及導(dǎo)葉動(dòng)作正確，調(diào)速器沒有發(fā)出主配壓閥拒動(dòng)信號(hào)。

4.2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

本試驗(yàn)主要是驗(yàn)證機(jī)組在實(shí)際一級(jí)過速的情況下，該一級(jí)過速保護(hù)邏輯動(dòng)作的可靠性。機(jī)組各保護(hù)正常投入，機(jī)組帶 50%負(fù)荷，斷開機(jī)組出口斷路器，機(jī)組甩50%負(fù)荷，試驗(yàn)波形見圖5。

圖5 一級(jí)過速保護(hù)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)波形圖Fig5 The first class over-speed protection dynamic test waveform

從圖5中可以看出，在機(jī)組實(shí)際一級(jí)過速時(shí)（最高轉(zhuǎn)速已達(dá)到120%），主配及導(dǎo)葉正常動(dòng)作，調(diào)速器沒有發(fā)出主配壓閥拒動(dòng)信號(hào)，沒有出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)情況，在故障發(fā)生35s左右后機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速附近。

5 結(jié)束語

水輪發(fā)電機(jī)組一級(jí)過速保護(hù)是防止機(jī)組過速的第一道保護(hù)措施，由于常規(guī)主配壓閥拒動(dòng)信號(hào)處理存在的問題，導(dǎo)致機(jī)組一級(jí)過速保護(hù)的實(shí)際投入率較低，投入的機(jī)組也有誤動(dòng)的可能，通過本文提出的方法在華能拉拉山水電站取得了較好的應(yīng)用效果，提高了機(jī)組的安全性能，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組一級(jí)過速保護(hù)功能的優(yōu)化具有一定推廣應(yīng)用價(jià)值。

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