龙江二级水电站机组孤网调频运行参数的试验及优化
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摘 要： 依据龙江二级水电站在孤网运行过程中所出现问题的理论分析结果，通过现场试验的方法，重新优化了龙江二级水电站两台机组调速器在孤网运行期间的控制参数，后期运行结果表明了本次理论分析结果的正确性与现场参数优化方法的合理性。
关键词： 水电站； 孤网运行； 事故停机
1.1 龙江水电站二期孤网事故及复现
2013年5月3日晚22：18分，龙江二级电站依据保山调度的安排，由电站2#机组担负孤网调频任务，但是龙江二级电站调频过程中发现机组无功功率、110KV母线电压都波动较大；且机组频率、导叶开度也有较大波动，孤网系统无法正常运行；9月23日，通过调度的安排，由龙江电站#1机组承担孤网的调频任务，出现与#1机组完全一致的事故现象，且2#机事故紧急低油压保护动作停机。
1.2 事故原因分析
龙江二级水电站的发电机组为混流式机组， 其动态稳定性较差， 机组单机容量相对较小，当脱网运行外界电网负荷有一定变化时， 调速器动作调整导叶开度，以此来调节机组出力和电网负荷相平衡，从而导致调速器频繁动作；由于外界负荷变化， 导致机组出力变化， 为稳定机组出力和外界负荷相平衡， 调速器频繁动作调节， 从而导致工作流量增加。而备用油泵软启动器因孤网运行出现的电压不稳定而导致故障报警， 从而使备用油泵不能启动。工作泵虽然启动了， 由于供油量不足， 油罐油压还是低于 1.8 MPa（ 事故紧急低油压整定值）， 致使 2#机事故紧急低油压保护动作。
总体而言，龙江二级水电站孤网运行试验出现事故停机，其原因主要在调速器系统，尤其是调速器系统的相关频率死区以及PID控制参数的不恰当所导致。
2 龙江二级水电站发电机调速系统相关参数的试验整定
为保证电网及发电机组安全运行，充分发挥发电机组孤网调频能力，使孤网运行机组随时适应电网负荷和频率的变化，提高电能质量及孤网频率的控制水平。通过对龙江二级电站两台机组进行孤网调频试验选取最佳运行参数，确保机组在孤网状态可靠安全运行。
分别将两台机组脱离主网，使其进入孤网状态，按照不同的时间段，分别记录不同控制参数情况下机组频率波动情况，依据记录结果选取合适的孤网参数（主要针对的是2#机组）。
2.1 单机孤网试验
表2.1-1 #2机组孤网情况控制参数调整试验结果
机频（min） 机频（max） bbt ttd
tn bbp 频率死区（Hz） 孤网范围（HZ） 导叶开度（%） 系统电压（kV） 稳定
时间s
48.43 50.31 33 12 0.0 6 0.3 0.6 27-36 114-120 3―4
48.73 50.42 33 10 0.0 4 0.2 0.3 16-29 108-125 3―4
48.67 50.23 32 12 0.0 4 0.2 0.3 25-31 115-119 2―3
48.96 50.11 33 12 0.1 8 0.2 0.3 24-25 115-116 2―3
48.67 50.21 32 12 0.1 8 0.2 0.3 23-24 115-116 2―3
依据上表，最终确定#2机组孤网调频参数为：bt=32，td=12，tn=0.1，bp=8%，人工死区=0.2Hz，孤网范围=0.3Hz。
#1机组孤网情况控制参数调整试验结果与#2机相差一致。
2.2 双机配合孤网试验
表2.2-1 2#机组试验数据（2#机组做主调频，1#机组做辅调频）
机频-最低 机频-最高 人工死区HZ 孤网范围HZ 开度% 电压KV 稳定时间s 有功kW
49.96 50.03 0.2 0.3 19.8-20.6 115-116 2-3 1578
48.53 50.29 0.2 0.3 27.4-32.0 115-116 2-3 1623
49.21 50.50 0.2 0.3 15-23 115-116 2-3 1689
49.30 50.50 0.2 0.3 15-22 115-116 2-3 1701
49.02 50.30 0.2 0.3 15-24 115-116 2-3 1692
2.3 龙江二级水电厂孤网大负荷扰动试验
根据以上试验结果，孤网状态下两台机组带3.7MW负荷，甩掉1.8MW负荷，然后将负荷增至5.8MW，记录机组大负荷波动的性能。
表2.3-1 龙江二级水电厂两台机组孤网大负荷扰动试验结果
机频-最低 机频-最高 人工死区HZ 孤网范围HZ 开度% 电压KV 稳定时间s 有功kW
1#机 48.90 50.60 0.2 0.3 17-22 113-117 4-5 1293
2#机 49.10 50.85 0.2 0.3 14-28 113-117 4-5 2631
2.4 龙江二级电厂机组孤网调频最终确定运行参数
根据以上试验，选取了合适的参数，使两台机组单台机组或两台机组在孤网状态均能稳定运行，选取的参数适用于龙江二级电站的孤网状态，负荷突变后基本2-3秒即可将机组频率控制在死区范围内，符合孤网运行的要求，最终选取最佳运行参数的参数如下。
表2.4-1 龙江二级电厂水电厂机组孤网运行参数优化结果
孤网参数 bt td tn bp 人工频率
死区（Hz） 孤网范围（Hz）
1#机组 35 16 0.1 4 0.2 0.3
2#机组 32 12 0.1 8 0.2 0.3
3 结论
地区电网模式下，孤网运行的调频机组由于将承担全孤网范围内的调频任务，一旦其调速器相关控制参数整定不合理，不能适应网内负荷的扰动，孤网系统将无法稳定运行；但是机组孤网参数与常规的大网参数又存在较大的不同，不能按照常规的、成熟的大网参数来进行孤网参数的整定，在此，本文通过试验的方法，结合保山电网的相关实测数据，对龙江二级水电厂两台机组的孤网调频参数进行了优化整定，试验结果表明，通过本文确定的相关控制参数，龙江二级电站机组将能够较好地满足保山电网孤网模式下的调频要求，进一步提高了保山电网孤网模式下的地区电网的安全稳定运行水平。
水电机组启停迅速， 负荷调节灵活， 是用于担任电网调峰、 调频、 守口于电量的最佳手段。但是水电机组也有其自身的运行规律， 例如启动、 停机需要一定的时间和必需的时间间隔， 水轮机的稳定运行范围有限， 超出这个范围就会受固有的振动特性和水压脉动特性限制。此外频繁地启停机组或长时间在低负荷区停留对主、 辅设备也将带来较多的故障和潜在的破坏威胁。电网调度部门应与水电站加强沟通， 共同研究寻找水电机组孤网运行的最佳方式， 既满足电网调度速动性要求， 又保证水电机组长期的安全运行。
在龙江二级水电站机组孤网调频运行参数的试验过程中得到保山电力股份有限公司各级领导的大力支持、相关部门及设备生产厂家的全力配合；在此表示衷心感谢！
参考文献：
[1] 王世祯.电网调度运行技术[M].东北大学出版社，1997.7.
[2] 袁季修.电力系统安全稳定控制[M].中国电力工业出版社，1996.12
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[4] 陈启雄.木京水电站孤网运行事故原因分析.广东水利水电 2003，12