苗家坝水电站厂房. 路永安 摄-苗家坝电站土建工程全部完工 三台机组...

文亚琼

[摘 要]本文针对苗家坝水电站3号机组运行中线路发生事故，使苗家坝电站3号机组带地区负荷形成孤网运行时，由于机组调速器不具备孤网调频运行功能，导致机组在孤网调节运行时调速器未能及时正确的调整使机组异常停机、孤网停电的事件。通过对调速器控制逻辑进行分析论证，在调速器系统中增加机组孤网运行模式，并顺利通过孤网试验测试，使机组具备孤网调节性能，确保了机组运行中系统方式形成孤网后能够可靠调节，保证电网的正常运行。

[关键词]孤网 调频 参数优化 试验

中图分类号：TV734.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0110-02

1 苗家坝电站简介

苗家坝水电站位于甘肃省文县临江镇—口头坝乡境内的白龙江干流中游，电站总装机容量270MW（3×90MW），安装3台混流式水轮发电机组，保证出力43MW，年利用小时数3850h，多年平均发电量9.24亿kw·h。电站设计额定水头90.0m，机组进口设蝶阀。

苗家坝出线为330kV电压等级，330kV开关站型式采用GIS户内开关站。户内GIS开关站布置在上游副厂房内，位于主变压器室上方，与主变压器采用SF6管道母线直接相连。户外出线站布置在GIS室旁边，GIS通过SF6管道母線引至出线平台，经过户外出线设备转架空送出。

苗家坝水电站采用330kV一级电压接入系统，出线Ⅰ回，接入330kV临江变。电站接线方式：电站发电机—变压器组合方式采用一组联合单元和一组单元接线。

2 事故发出的简要经过

2.1 事件前运行方式

3号机组带70MW有功、5MVar无功负荷，经3号主变通过330kV苗江线送临江变，机组AGC、一次调频投入，1号、2号机组备用。厂用系统：11B、12B分别带400V I、II段。

苗家坝330kV系统3301、3302、3300开关运行，1号主变、2号主变空载运行。

2.2 事故异常现象

17时37分35秒（事故发生时），3号主变出现有周期性的异常电磁声音，3号发电机组有周期性的轰鸣声。

3号机组有功负荷在23MW～91MW周期性大幅度波动，无功负荷-24.04～107.39MVar波动，频率45.37～53.829Hz波动，线路电压在355-368kV变化，定子电流941～5020A（额定值为3825A）波动，励磁电流0～2020A（额定值为1132A）波动。

3号发电机保护装置“启动”，发电机“过激磁”、“过频保护”、“低频保护”发信，主变保护“过激磁保护（低定值）”发信，330kV苗江线线路保护装置显示“保护启动”。

3号机调速器“一次调频”频繁动作、复归，参与调节；调速器A、B套“一般故障”报警，励磁装置“综合限制”（过励）报警。

3号机组故障录波器启动，“频率低限“、”频率高限“告警，机端电压跃变频繁启动录波。

2.3 处理经过

17时37分，3号机组有剧烈轰鸣声，3台主变电磁声音剧烈，3号机组有功波动最大91MW，无功最大107.39MVar，定子电流最大5020A（额定值为3825A），转子电流最大2020A（额定值为1132A），机组运行参数超限严重。17时39分，3号机组轰鸣声及主变电磁声加剧， 有功、无功、定子电流、转子电流、频率波动幅度增大，机组振动加剧，3号机组手动解列停机。

3 事件原因分析

3.1 故障解列形成孤网

陇南电网（苗家坝电站机组所属电网）晒都线故障跳闸，跳闸后形成孤网运行，造成系统振荡，且振荡时间较长，本站3号机组在运行调节过程中有功负荷、无功负荷、频率、电压周期性较大幅度波动，严重影响机组安全运行。（见附图1）

3.2 解列停机过程

系统振荡过程中3号机组参数严重超限，定子电流最大为5020A（达到额定值131%），转子电流最大为2020A（达到额定值178%），经2分钟调整后，系统振荡未消除，3号机组轰鸣声及主变电磁声加剧，机组振动加剧，严重威胁设备安全运行，为了确保3号机组设备安全，实施3号机组手动解列停机措施。

3.3 机组调速器、监控动作情况分析

由于苗家坝电站机组调速器采用南瑞SAFR-2000调速器，并网运行时，主要有开度闭环、转速闭环、功率闭环控制三种调节模式，但调节模式切换无开出信号。调速器柜上无单独的模式切换把手。正常运行时以功率闭环模式运行。检查调速器参数正常。

在陇南电网晒都线故障跳闸后，因电网频率变化较大，通过调取一次调频动作信号、有功功率与频率历史曲线，3号机调速器“一次调频”动作、调节方向和响应时间正确。但因电网频率波动较大时（即在孤网模式运行），一次调频PID参数不适合此种调节要求（未做过试验），且由于调速器无孤网运行模式，监控系统的功率闭环调节仍未退出，监控功率模式跟踪机组功率给定运行，导致一次调频调节和监控功率闭环调节互相影响，使机组频率不能及时调节至稳定状态。

4 事件处理经过

首先在机组调速器控制流程中增加了孤网运行模式，孤网运行模式动作条件：当机组在负载运行状态下，频率大于+0.3Hz时，机组将自动切至孤网模式运行。

同时在监控系统中增加了机组调速器切至孤网运行模式后闭锁监控功率模式调节的程序，即在机组负载运行状态下，正常运行时调速器在功率或开度模式运行，机组功率控制由监控系统调节，当机组调速器切至孤网运行模式时，机组监控系统接收到调速器孤网运行模式信号，自动闭锁功率模式调节功能，由机组调速器按频率给定（50Hz）调节机组及电网频率。达到较好的调节效果。

修改完成后对孤网运行参数进行了调试试验，调试过程如下：

2015年2月9日19时28分～2月10日00时58分，苗家坝水电站3号机组实施了孤网调频试验，试验分为三个子项目：（1）空载切孤网；（2）孤网参数优化；（3）线路甩负荷切孤网。试验情况及结果如下：

4.1 空载切孤网试验

苗家坝水电厂330kV系统全接线、全保护运行，#3机运行，#3机组相关参数调整完毕，苗家坝电厂#3机出力降0MW运行，临江变断开31111江苗线开关，#3机组带3台主变、厂用电和330kV线路孤网运行。

调速器调节参数如下：

空载切孤网运行：bp=0%，Kp=2，Ki=0.3（1/s），Kd=0.8s，频率死区=±0.3Hz。

试验曲线如图1：

测试数据如下：

最高频率 50.282Hz，最低频率 49.562Hz，稳定时间 204.88秒，稳定后频率 50.282Hz。4.2 孤网参数优化、机组试验

苗家坝水电厂330kV系统全接线、全保护运行，#3机运行，#3机组相关参数调整完毕，苗家坝电厂#3机出力为10MW运行，临江变断开31111江苗线开关，#3机组带3台主变、厂用电和330kV线路孤网运行。

试验曲线如图2～图5

（1）调速器调节参数如下：

第一次甩10MW：bp=0%，Kp=2，Ki=0.3（1/s），Kd=0.8s，频率死区=±0.3Hz。

第二次甩10MW：bp=0%，Kp=2，Ki=0.5（1/s），Kd=0.8s，频率死区=±0.3Hz。

第三次甩10MW：bp=0%，Kp=2.1，Ki=0.3（1/s），Kd=0.9s，频率死区=±0.3Hz。

第四次甩10MW：bp=0%，Kp=2，Ki=0.5（1/s），Kd=1.0s，频率死区=±0.3Hz。

（2）记录调节曲线如下：

（3）测试数据如下：

第一次甩10MW：最高频率51.184Hz，最低频率49.541Hz，调节时间52秒（以频率进入调速器孤网模式频率死区±0.3Hz，调速器不再调节为调节中止时间），稳定时间168.51秒，稳定后频率49.025Hz左右。

第二次甩10MW：最高频率51.086Hz，最低频率49.443Hz，调节时间37秒（以频率进入调速器孤网模式频率死区±0.3Hz，调速器不再调节为调节中止时间），稳定时间79.55秒，稳定后频率50.295Hz左右。

第三次甩10MW：最高频率51.118Hz，最低频率49.584Hz，调节时间53.6秒（以频率进入调速器孤网模式频率死区±0.3Hz，调速器不再调节为调节中止时间），稳定时间125.96秒，稳定后频率49.905Hz左右。

第四次甩10MW：最高频率51.164Hz，最低频率49.419Hz，调节时间36.48秒（以频率进入调速器孤网模式频率死区±0.3Hz，调速器不再调节为调节中止时间），稳定时间128.82秒，稳定后频率50.178Hz左右。

经过对动作曲线及调速器动作情况的分析，调速器最终選用了第一组PID参数。

4.3 线路甩负荷切孤网

苗家坝水电厂330kV系统全接线、全保护运行，#3机运行，#3机组相关参数调整完毕，苗家坝电厂#3机出力为30MW运行，临江变断开31111江苗线开关，#3机组带3台主变、厂用电和330kV线路孤网运行。

调速器调节参数如下：

空载切孤网运行：bp=0%，Kp=2，Ki=0.3（1/s），Kd=0.8s，频率死区=±0.3Hz。

试验曲线如图6：

甩30MW切孤网：最高频率 53.992Hz，最低频率 49.519Hz，调节时间 57.95秒（以频率进入调速器孤网模式频率死区±0.3Hz，调速器不再调节为调节中止时间），稳定时间 112.22秒，稳定后频率 50.033Hz左右。

5 结论

通过在机组调速器控制流程中增加了孤网运行模式，同时在监控系统中增加了机组调速器切至孤网运行模式后闭锁监控功率模式调节的程序，当电网频率波动过大或系统特殊方式运行机组调速器切至孤网运行模式时，机组监控系统接收到调速器孤网运行模式信号，自动闭锁功率模式调节功能，由机组调速器按频率给定（50Hz）调节机组及电网频率。达到较好的调节效果。解决了苗家坝电站机组运行过程中线路故障后形成孤网，调速器孤网调节性能差的问题，使机组调节性能满足孤网运行条件。

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