单位文秘网 2022-02-19 08:07:24 点击: 次
安全稳定运行,维持设备良好运行状况提供了可靠保障。
机组在较理想的状态下并网,可以有效地降低过电流对发电机、出口断路器和主变压器的冲击,降低对水轮发电机组大轴、发电机绝缘和断路器端头的损害,维持电力系统电压、频率的稳定。理想状况下机组并网的条件有:待并发电机的频率与系统频率相同;待并发电机端电压与系统电压相同;待并发电机的相位与系统相位一致;待并发电机的相序与系统相序一致。然而,因调速系统、励磁系统、同期系统调节能力和水轮发电机组的运行特性的限制,要达到完全理想状态是不可能的,所以只能根据调速系统、励磁系统调节能力,设定同期系统同期并网定值范围,以实现机组的并网。其基本原理是通过同期装置比对机组侧和系统侧的频率、电压差值,调节调速系统、励磁系统的频率和电压,当机组侧和电网侧频率、电压差满足要求后,启动相位捕捉功能,当三个条件都满足并网整定要求时,发出合闸命令,从而实现水轮发电机组与电力系统的并网运行。
根据水轮发电机设计和电网运行方式的要求,小湾电站机组同期装置频差、压差和相位差定值如表1
所示:
表1 同期装置频差、压差和相位定值
整定项 频差(Hz) 电压差(V) 相位差(°)
整定值 ±0.15 ±2 ±5
2 电站机组出口并网方式介绍
电站单机容量700MW,额定转速150r/min,最高运行水头251m,最低运行水头164m,属于大容量、大水头变幅电站。为了保证同期并网的安全性,机组设置了专用同期装置完成机组同期并网操作。
同期装置采集发电机出口PT和主变低压侧PT电压,通过压差、频差匹配,并列条件检测和并列指令生成模块进行信号采集和合闸指令的生成。同时为了确保机组并网的正确性,同期系统做了如下安全闭锁功能:(1)在同期调节过程中,频率、电压差超出预定值,立即闭锁相位捕捉和同期合闸令开出功能;(2)同期过程中,同期装置故障退出运行功能;(3)同期装置运行时限功能,在规定时间达不到并网定值要求,则退出同期系统。
图1 同期装置基本原理
3 当前同期方式存在问题分析
由于机组在投产初期水头较低,调速器空载调节特性和同期参数并未进行全水头实际运行检验,所以随着电站库区水位的升高,在高水头下同期超时的频次就逐渐增多。
3.1 同期系统启动流程
在机组开机至并网的过程中,必须满足机组转速信号≥95%Ne、机端电压≥85%U0和机组在空载态的条件,监控系统发投入PT信号和启动同期令,同期系统开始工作。此时同期系统根据运算出的系统侧与待并侧的频差和压差,向调速器和励磁系统分别发增速/减速和增磁/减磁脉冲,使机组的运行状态满足发电机组同期并网要求。
3.2 调速系统空载调节原理
调速系统在开机至空载的过程中,先采用导叶开度控制模式,其根据当前运行水头,计算出相应导叶空载开度,使水轮发电机组迅速开机接近额定转速,在达到空载开度后,调速器采用频率调节模式,使机组频率稳定在50±0.05Hz内,以保持机组的稳定。
3.3 机组并网超时原因分析
经过曲线分析频差在规定时限内达不到同期并网要求,是造成同期超时的直接原因。因为调速器的空载调节特性、水轮机的稳定性与水头变幅有很大关系,随着水头的变化,调速器空载开度也会随之变化,
其采用的是将机频与50Hz标准频率比较的频差信号转换为导叶开度,使机频稳定在50±0.05Hz范围内。而同期系统只有一组调节参数,其是将机频与网频的比较频差信号转化为脉冲信号开出至调速器,调速器再将脉冲量转化为导叶开度,使机频与网频差在±0.15Hz内,调节脉宽仅与机频和网频差相关,其不能自适应水头变化。从上分析可得两者的调节原理不同,而同时对机组进行调节,因此当水头变幅较大时易导致频率波动而发生大频率干扰。
4 同期超时解决方法及试验
为了进一步明确调速系统和同期系统之间的调节干扰是导致同期超时的直接原因,我们采用逐项排除法。
4.1 调速器空载试验
调速器在空载状态下进行频率调节性能测试。当出现并网超时的故障时,在同期装置不启动的前提下,通过多次开机至空载试验,观察机频和网频曲线,在同期系统运行的预定时间内,机组通过调速系统的独立调节,机频满足并网要求。结合调速器的空载调节特性试验,从而判断调速系统的调节满足要求。
4.2 同期装置校验及假同期试验
同期装置校验。对同期装置的调压、调频特性和导前角度设定进行测试,并进行假同期并网试验。
表2 增压、降压、增频、减频动作节点试验
试验项目 增压(V) 减压(V) 增速(Hz) 减速(Hz)
实测值 98.2 101.9 49.9 50.1
表3 导前角动作节点试验数据
频差(Hz) -0.08 -0.06 -0.05 -0.04 -0.02
实测角度(°) 3.9 2.4 3.0 2.7 2.4
表4 假同期试验数据
合闸时(ms) 相位差(°) 压差(V) 频差(Hz) 合闸脉宽(ms)
108.13 0.3 0.7 0.075 990.00
106.88 0.11 0 0.070 980.00
经过装置校验和假同期试验数据分析,同期系统的参数及性能均满足系统并网要求。
4.3 同期、调速参数及开机流程优化
为进一步减少调速器空载调剂和同期并网过程中两个系统的相互干扰,分别对两个系统调节参数和开机流程进行了优化。将调速器开机过程中的导叶开限由1.3倍改为1.2倍,由此防止开机过程因导叶空载开度过大而产生的较大超调量;将调速器频率给定步长由1000%改为750%,以减小因调节步长过大引起的超调干扰;将同期装置的转差率开限由0.2%改为0.3%,频率调节特性参数由0.2%/S改为0.3%/S,以减小同期装置频繁调节对调速器的干扰。修改开机流程,当机组开机至空载态后,延时启动同期装置,使机组尽快进入稳定状态,减小调速系统与同期系统之间的拉锯干扰。通过参数和流程优化,在后期的同期并网运用中,起得了良好效果。
5 机组同期并网发展展望
从电站的实践中发现,对于大容量、高水头的水轮发电机组,传统的同期并网方式存在诸多缺陷,尽管采用了延时启动同期的方式,但还是不能从根本上解决调速系统和同期系统之间的互扰问题,且在一定程度上延长了机组的开机并网时间。因此对于大容量、高水头的水轮发电机组,可从以下两个方向探索研究同期并网的可行性。
方式一,将水头信号引入同期系统,通过理论计算和试验,根据调速器的空载调节特性,确定在不同水头下同期系统的调频特性参数,同时在同期系统对机组进行调节的过程中,在保证机组安全的条件下,闭锁调速器的自调功能,以实现机组的同期并网。该方法可以有效地排除调速系统和同期系统之间的干扰,提高同期系统与调速系统调节特性的匹配性;缺点是对同期参数的优化需要在不同水头下进行试验,同期装置的自适应性较差。
方法二,随着技术的发展,目前大型水轮发电机组调速器的调节性能已达到较高水平,因此可将水轮发电机组的频率调节由调速器单独完成,同期系统仅仅完成电压调节和相位捕捉功能。该方法排除了调速系统与同期系统的调节干扰,而且还可以有效地利用调速系统对水头变化的适应性,以提高机组空载稳定性,提高同期并网效率;不足之处是在调速系统还需要具备一定的相位判断和调节能力,以保证同期的可靠性。
6 结语
本文通过曲线分析,结合调速系统空载试验、同期装置校验和假同期试验效果,对开停机流程、同期参数和调速器参数进行了优化,在实际运用中取得了良好效果。虽然本文采用的方法,牺牲了一定的开机并网时间,未彻底解决调速器和同期装置之间的干扰问题,但在当前同期装置和调速系统技术水平条件下,对如何提高大容量、高水头水轮发电机组同期并网效率,也具有较好的实践指导意义。
参考文献
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作者简介:邢志江(1983-),男,云南人,华能澜沧江水电有限公司小湾水电厂工程师,研究方向:水电厂发电机自动控制;李欣亮(1982-),男,山西人,华能澜沧江水电有限公司小湾水电厂工程师,研究方向:水电厂发电机组检修维护。
(责任编辑:蒋建华)
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