大藤峽水力發電廠調速器系統介紹

程俊才，吳義斌

（廣西大藤峽水利樞紐開發有限責任公司，廣西 南寧 537226）

1 前言

大藤峽水力發電廠位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峽出口弩灘上，地屬廣西自治區桂平市，距桂平市彩虹橋6.6 km。電站為河床式廠房，裝有8臺立軸軸流轉槳式水輪發電機，單機容量200 MW，總裝機容量1 600 MW，其中右岸廠房5 臺機組，左岸廠房3 臺機組，多年平均發電量60.55 億kW·h。電站以220 kV 電壓等級接入廣西電網，在電網中承擔發電和調峰任務。電站采用以計算機監控系統為主的無人值班，少人值守運行方式。

調速器系統及其油壓裝置是南京南瑞公司設計、制造和生產的SWT-2000 型雙微機調速器。其電氣控制柜采用南瑞全自主知識產權的SAFR-2000H電氣調節裝置；液壓調節裝置采用國際知名品牌的ZFL 型液壓柜；油壓裝置型號為YZ-20×2-6.3，額定油壓為6.3 MPa。

2 大藤峽水力發電廠調速器系統的功能要求

根據電廠運行需要，大藤峽水力發電廠調速器應具備有開度控制、開停機和緊急及事故停機控制、導葉開度限制、導葉與槳葉協聯、在線自診斷及處理，能實現現場及遠方的手動、自動開停機等功能。當電網頻率發生波動時，能自動參與一次調頻，且一次調頻性能指標滿足《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》（2017 版）、《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》（2017 版）的相關要求。

調速器內部發生故障時，不造成水輪機組運行不穩定和出力波動，在外部系統事故時，能保證機組安全停機。通過電站計算機監控系統的機組現地控制單元（LCU），以數據通信和開關量接口兩種方式向調速器發送各種調節命令，并采集調速器中的各種信號[1]。

3 大藤峽水力發電廠調速器系統的基本結構

大藤峽水力發電廠調速器系統是由南京南瑞水利水電科技有限公司設計生產的，共有5 個控制柜，分別為1 個電氣控制柜、1 個機械液壓柜、1 個油源控制柜和2 個動力柜。其中電氣控制柜接收監控系統的命令實現自動開機及故障報警功能，機械液壓柜可以手動控制導葉和槳葉的開度以及實現機組的緊急停機和鎖定裝置的投退、油源控制柜和動力柜相互配合實現壓力油罐壓力的穩定。

3.1 大藤峽水力發電廠主配壓閥選擇計算

主配壓閥在調速器中起著控制液流方向和大小的作用，是調速器的最終執行控制機構。主配壓閥的選擇和其過油量有關，而過油量又和導葉、槳葉的接力器容積以及操作油流速有關。

導葉、槳葉部分參數見表1。

表1 導葉、槳葉部分參數

導葉接力器容積：

導葉主配壓閥按12 s 關機所需要的流量QG：

槳葉接力器容積：

槳葉主配壓閥按60 s 關機所需要的流量QB：

作為國內單機容量最大的軸流轉槳式機組，因其轉動慣量大，為保證機組安全可靠，導葉和槳葉主配采用美國GE 公司的FC20000。

大藤峽水輪發電機組導葉主配和槳葉主配均采用臥式布置方式。主配的動作受伺服比例閥控制，來自電氣控制柜或者液壓操作柜的控制信號在比例伺服閥中轉換為液壓流量輸出，該流量直接作用在主配的閥芯上，使得主配閥芯隨著電氣信號左右移動，而主配的左右移動直接影響著壓油管和回油管對接力器開關腔的供排油量，從而實現導葉和槳葉開度的調節；同時主配閥芯上帶有主配行程傳感器及主配拒動開關，便于控制及監視主配的動作狀態[2]。

3.2 導葉關閉規律

導葉關閉規律的選擇是軸流轉槳式機組預防抬機的重要措施之一，為滿足導葉水力過渡過程計算的要求，應用特征線法，利用計算機仿真軟件計算水輪機管道中的瞬變流態，確定了水輪機導葉采用兩段關閉規律[3]。

采用兩段關閉規律，其中拐點選擇至關重要，若拐點選取過高，則實際運行時會出現大部分工況均在第二段關閉范圍內運行。而且在現場調試中，設置兩段關閉的拐點時，是以接力器行程為基準，由于接力器行程與導葉開度為非線性關系，故拐點設置很多時候會存在誤差，出現實際關閉規律與計算關閉規律不完全匹配的情況。通過現場試驗及綜合分析，導葉分段關閉規律如下：

關機時間與導葉開度關系見圖1。

圖1 關閉時間與導葉開度關系示意圖

關機時間與接力器行程關系見圖2。

圖2 關閉時間與接力器行程關系示意圖

如圖所示，機組關機時的前0.2 s 為接力器固有時間；第一段關機時間為8.4 s，第二段關機時間為12 s，導葉分段拐點為30%開度。導葉接近全關位置處，設置有接力器的緩沖裝置，此時的導葉關閉按設定的緩沖時間進行，所以在關機曲線中，到5%開度時有第三段關機時間，此狀態不考慮在導葉關閉規律內。

3.3 事故配壓閥

事故配壓閥作為保證機組安全的有力屏障，當機組正常運行時，調速器的開關腔接通接力器的開關腔，通過主配壓閥來控制導葉的開度，當機組發生過速115%額定轉速且主配拒動或者事故低油壓等情況，此時事故配壓閥接受保護動作信號并動作，其閥芯在差壓作用下換向，將調速器主配壓閥切除，來自壓油罐的恒壓油接通接力器的關腔，直接操作導水機構的接力器，緊急關閉導水機構。

4 投產后出現的問題及解決辦法

大藤峽水力發電廠調速器自投產以來調節性能良好，但是因管路及回油箱里的雜質，導致機組在做完事故停機實驗后自動開機不成功。以下介紹6 號機組調速器系統出現的問題及解決方法。

4.1 問題的發現

6 號機組在做完事故停機試驗后再次自動開機時導葉不動作，導致監控系統自動開機失敗流程退出，現場檢查情況如下：

（1）調速器系統切手動并手動增加導葉開度，在液壓操作柜的綜合模塊上測量伺服閥的控制輸入及伺服反饋，發現控制輸入和伺服反饋電壓正常變化；

（2）拆解緊急停機電磁閥，發現緊急停機電磁閥內部管路無異物且動作靈活；

（3）檢查事故配壓閥沒有投入，油路正常；

（4）手動增加導葉開度測量主配反饋信號，發現主配反饋電壓恒定從而懷疑主配發卡。

4.2 故障分析

（1）管路裝配階段沒有對管路進行酸洗，導致管路雜質清理不徹底，雜質又經管路進入主配壓閥，導致主配壓閥損傷。

（2）大藤峽水力發電廠調速器系統主配壓閥為臥式布置，受自身重力影響，因閥芯和閥套的硬度不同，其閥芯對閥套有一定的損傷。

4.3 問題處理

主配壓閥拆解兩側端蓋后發現：主配壓閥的閥套上有明顯的劃痕；手動緩慢推動閥芯感覺閥芯明顯受阻，至此，自動開機不成功的原因已經找到。經更換主配壓閥后6 號機組能正常開機。

5 結語

大藤峽水力發電廠調速器系統一方面采用應用廣泛、技術成熟的控制算法，能有效抑制水力系統產生的水力振蕩，改善調節品質；另一方面通過故障診斷、分析，為滿足電站運行要求制定合理的容錯控制策略；其次在調試過程中設置合理的參數及優化控制邏輯使調速器系統滿足安全穩定運行的要求。