大型機組電氣功率擾動的實例分析.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除機組電氣功率擾動的實例分析在機組的運行中，由于各種擾動的存在，電氣功率的波動時常發(fā)生，如何正確分析處理各類異常，準確判斷勵磁系統(tǒng)是否存在故障，采取何種措施來解決，是實際中遇到的一大難題。在通常的認識中，機組有功的波動與調(diào)速系統(tǒng)有關(guān)，無功的波動與勵磁調(diào)節(jié)器有關(guān)。但隨著PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）的廣泛投運，有功的波動也會導致勵磁輸出的波動，機組的電氣功率擾動往往伴隨著有功、無功的同時變化，如何定位異常發(fā)生的原因，本文舉出一些實例做出分析。勵磁調(diào)節(jié)器本身故障引起的功率擾動一、 臺山電廠3號機無功波動2008年2月9日，臺山電廠3號機在春節(jié)停機重新并網(wǎng)后，出現(xiàn)了無功波動的情況，波動的幅度最大達50Mvar，發(fā)生的時間無明顯規(guī)律，間隔約數(shù)分鐘不等。勵磁系統(tǒng)通道運行，通道備用，與以前運行方式相同，本次停機未對勵磁系統(tǒng)進行任何檢修工作，勵磁調(diào)節(jié)器無任何故障和報警信息。2月10日應臺山電廠的要求，廣東電科院派人到現(xiàn)場協(xié)助進行故障分析處理。2月10日下午，和電廠的技術(shù)人員研究分析了有關(guān)情況并提出了檢查方案。1、根據(jù)電廠提供的DCS數(shù)據(jù)波形來看，盡管其數(shù)據(jù)記錄的采樣頻率較低，還是可以初步判斷3號機勵磁電壓的波動領(lǐng)先于機端電壓、無功的波動，即無功的波動主要是勵磁系統(tǒng)而不是500kV系統(tǒng)引起的。且3號機無功波動期間，向電網(wǎng)方面了解系統(tǒng)無異常，綜合判斷可以排除系統(tǒng)擾動的影響。2、在2月10日上午，3號機運行通道（通道）切換為手動方式（恒勵磁電流模式）運行了約30分鐘，勵磁電壓及無功未出現(xiàn)異常波動，由于勵磁系統(tǒng)不應長期在手動方式運行，切換回自動方式后，波動依然存在。根據(jù)此現(xiàn)象可以判斷勵磁系統(tǒng)的脈沖觸發(fā)及整流環(huán)節(jié)工作正常，否則手動方式也會出現(xiàn)波動。故障集中在勵磁調(diào)節(jié)器的自動電壓控制環(huán)上。3、臺山電廠3號機勵磁調(diào)節(jié)器為ABB生產(chǎn)的UNITROL 5000，其自動電壓控制環(huán)除了以發(fā)電機機端電壓作為反饋控制量外，還疊加了以有功作為輸入的PSS，以無功電流作為輸入的調(diào)差。檢查3號機的參數(shù)表，重點是與上述控制環(huán)節(jié)相關(guān)的參數(shù)未發(fā)現(xiàn)問題。4、排除以上原因后，波動的出現(xiàn)很可能與上述控制量的檢測環(huán)節(jié)或電壓疊加點有干擾進入有關(guān)，據(jù)此制訂了進一步的檢查方案：首先進行通道切換，如果是機端電壓檢測的問題，兩個調(diào)節(jié)通道同時故障的概率很小，應能發(fā)現(xiàn)問題；如果故障仍不能排除，再依次進行退出PSS，退出調(diào)差的檢查。由于DCS數(shù)據(jù)波形采樣頻率低，為了準確分析，檢查時利用勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)試工具記錄內(nèi)部數(shù)據(jù)，利用故障錄波記錄外部數(shù)據(jù)。2月11日，按照方案在現(xiàn)場對3號機勵磁系統(tǒng)進行了檢查，情況如下：勵磁調(diào)節(jié)器通道的運行情況：圖1所示為通道的內(nèi)部數(shù)據(jù)錄波圖，可見在穩(wěn)態(tài)運行時各有關(guān)量的紋波波動幅度均較大。圖2、3、4為記錄的通道運行期間發(fā)生的幾次波動情況，從這些數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)波動剛發(fā)生時，調(diào)節(jié)器內(nèi)部數(shù)據(jù)的機端電壓均為向上的突變，而控制電壓、勵磁電壓、勵磁電流均為向下的突變，趨勢相反。根據(jù)這種現(xiàn)象可以判斷，應首先是勵磁調(diào)節(jié)器的機端電壓檢測出現(xiàn)了波動，從而導致了勵磁輸出的波動，正常時，機端電壓不會經(jīng)常出現(xiàn)如此波動，問題應存在于機端電壓檢測環(huán)節(jié)。如果是電壓疊加點竄入了干擾信號，勵磁輸出的波動將導致機端電壓同方向的波動，從內(nèi)部錄波數(shù)據(jù)可以排除這一點。切換到調(diào)節(jié)器通道后的運行情況：圖5為切換到通道運行后的通道內(nèi)部數(shù)據(jù)錄波，可以看到切換后，通道檢測到的勵磁電壓、勵磁電流的波動明顯減小，但機端電壓、控制電壓的紋波依然明顯。圖6顯示此時通道仍然出現(xiàn)了機端電壓檢測的波動。圖6為切換到通道運行后的通道內(nèi)部數(shù)據(jù)錄波，可以看到各有關(guān)量均很平穩(wěn)，進一步判定通道的機端電壓檢測環(huán)節(jié)存在問題。檢查處理情況：問題出在通道的機端電壓檢測環(huán)節(jié)，于是首先對外回路進行了檢查。電廠檢修人員對通道使用的PT在勵磁調(diào)節(jié)器端子排上進行了測量，發(fā)現(xiàn)C相電壓偏低1伏多，而且有波動，在就地端子箱上檢查也如此，判斷為PT一次保險接觸不良，需進一步處理。3號機最終用通道運行（通道使用的是勵磁專用PT，也應作為主調(diào)節(jié)器運行），通道備用。圖1 通道運行錄波圖（自上而下各線意義：機端電壓-黑色，內(nèi)部控制電壓-綠色，勵磁電流-紅色，通道運行狀況-青色，勵磁電壓-粉紅，無功-藍色）圖2 通道運行中波動情況錄波圖之一圖3 通道運行中波動情況錄波圖之二圖4 通道運行中波動情況錄波圖之三圖5 切換到通道運行后通道的內(nèi)部數(shù)據(jù)錄波圖6 切換到通道運行后通道的內(nèi)部數(shù)據(jù)波動圖7 切換到通道運行后通道的內(nèi)部數(shù)據(jù)錄波二、金灣發(fā)電廠4機組無功波動無獨有偶，2008年11月18日，金灣電廠#4機組無功波動頻繁，大概幾分鐘就有10MVar以上的變化?；谕瑯拥姆治?，我們建議電廠進行了同樣的檢驗，確認異常通道對應的PT二次回路電壓三相不平衡，在端子排緊固后，故障消失。三、連州電廠2號機功率波動連州電廠2號機2008年10月8日正常運行時，在PSS投運的情況下發(fā)生大幅功率波動；10月25日準備停機減負荷過程中已退出PSS的情況下，同樣發(fā)生大幅功率波動。 根據(jù)電廠方面提供的兩次功率波動時的故障錄波圖分析，可以發(fā)現(xiàn)兩次故障時，勵磁變高壓側(cè)A、C兩相的電流波形與正常整流狀態(tài)的波形發(fā)生了很大變化，而且兩次故障記錄的波形變化情況一致：故障開始于對應勵磁變高壓側(cè)+A、-C相時刻（由于勵磁變的連接方式及CT極性的關(guān)系，并不一定對應勵磁變低壓側(cè)所接整流橋的+A、-C）導通向下一步換相時，A、C兩相的電流波形顯示換相不成功，第一階段故障維持了200毫秒，然后似乎是觸發(fā)信號重新啟動，但波形仍然不正常；第二階段故障維持了500毫秒，當直流分量衰減接近0時，波形才逐步恢復正常。整流橋正常工作時，上、下橋各有一支可控硅導通，僅在換相期間有短暫的相間短路；根據(jù)波形看換相不成功導致上橋或下橋同時有兩支可控硅導通，且此相間短路持續(xù)了較長的時間（總共700毫秒），A、C兩相的電流中出現(xiàn)的直流分量也證明了這一點。 由于整流橋發(fā)生了相間短路，因此勵磁電壓、勵磁電流在此期間是下降的，機組出現(xiàn)進相；當700毫秒觸發(fā)換相恢復正常后，由于正常的調(diào)節(jié)作用，勵磁電壓又增大直至機端電壓恢復正常。調(diào)節(jié)的過程引起有功、無功的波動。從以上的分析可知，連州電廠2號機的功率波動與PSS無關(guān)，故障的查找應集中在勵磁調(diào)節(jié)器本身。11月初，會同廠家對勵磁調(diào)節(jié)器進行了全面檢查，分析判斷無功波動原因為瞬間干擾導致勵磁輸出中斷而引起有功、無功的波動，并非PSS功能本身問題，但干擾源尚未查清來源，經(jīng)專題會決定在雙套CPU板增加抗干擾電容，并適當調(diào)高工作電源電壓，抑制來自電源干擾可能引起的調(diào)節(jié)器復位；處理后投入2發(fā)電機勵磁PSS功能，至今運行正常。（附錄波圖：自上而下依次為勵磁變高壓側(cè)A、C相電流、勵磁電壓、勵磁電流）此文檔僅供學習與交流系統(tǒng)擾動引起的功率波動一、系統(tǒng)低頻振蕩動態(tài)穩(wěn)定性較差的機組，容易出現(xiàn)系統(tǒng)有功低頻振蕩，機組的調(diào)速系統(tǒng)此時是穩(wěn)定的。2005年9月20日臺山電廠1號發(fā)電機的PSS試驗過程中，在PSS退出，運行和試驗人員均無任何操作或試驗，機組處于正常運行狀況（有功功率為595MW，無功功率接近0MVar），突然發(fā)生了有功功率低頻自發(fā)振蕩，波形如上所示。整個過程持續(xù)了約37秒，其中前4周發(fā)散，到第5周開始收斂，一共持續(xù)了十幾周才漸漸平息。振蕩的有功功率峰峰值達41MW，為額定有功功率的6.8%，振蕩頻率約為0.9Hz。該振蕩頻率與我們之前在計算報告中得到的0.94Hz強相關(guān)區(qū)間低頻振蕩頻率十分接近。解決的措施就是投入PSS，提高機組動態(tài)穩(wěn)定性。二、系統(tǒng)變壓器充電引起的功率波動 2006年11月28日，珠江電廠4臺機組勵磁調(diào)節(jié)器在11月28日展能電廠空載投入#1主變時的錄波第一次合閘時沖擊較小第二次合閘時數(shù)據(jù)如下：定子電壓（單位：%）最小值/最大值電壓給定（單位：%）最小值/最大值轉(zhuǎn)子電流（單位：%）最小值/最大值觸發(fā)角度（單位：度）最小值/最大值有功功率（單位：MW）最小值/最大值無功功率（單位：MVar）最小值/最大值定子電流（單位：%）最小值/最大值同步頻率（單位：HZ）最小值/最大值#197.9/98.998.8/98.871.4/76.578.3/82.3316.6/337.392.5/126.997.1/10149.6/49.7#297.4/98.598.3/98.368.7/72.180.3/82.6309/322.163/103.592.9/95.749.7/49.7#397.8/98.898.9/98.976.4/8280.5/84.9283.4/296.868.9/10185.4/8949.9/50#497.8/98.898.6/98.675.6/79.179.8/82.1268.4/280.679.5/104.782.1/85.349.9/50珠江#1機珠江#2機珠江#3機珠江#4機與PSS有關(guān)的功率波動一、PSS反調(diào)引起的機組功率波動對于單純采用電功率信號的PSS1A模型，在原動機功率變化時PSS輸出會出現(xiàn)反方向的變化，即反調(diào)。反調(diào)的大小主要與原動機的功率變化速率有關(guān)。按有關(guān)試驗導則：反調(diào)引起的“無功功率變化量小于30%額定無功功率，機端電壓變化量小于3%5%額定電壓?！睘楹细?。如不合格，可采取的措施：1）采用加速功率型的PSS；2）采用轉(zhuǎn)速型PSS；3）增減原動機出力操作時短時閉鎖PSS輸出；4）減少隔直環(huán)節(jié)時間常數(shù)；5）減少PSS增益；6）減少原動機出力調(diào)整幅度和速度（臨時措施）。連州電廠#2機反調(diào)現(xiàn)象分析2008年4月4日12:00左右，連州電廠#2機無功出現(xiàn)波動，錄波圖如下。根據(jù)DCS錄波圖分析2號機無功功率波動的激勵因素來自于發(fā)電機調(diào)門變化引起的有功功率調(diào)整（，正是由于PSS-1A模型把原動機的波動當作是負荷波動處理，并參與附加控制，才出現(xiàn)了“反調(diào)”現(xiàn)象。“反調(diào)”的大小與調(diào)門的動作速率、有功功率的變化速率有關(guān)，為此在當初進行PSS整定試驗時，曾經(jīng)要求通過快關(guān)調(diào)門來使得有功功率達到運行中可能出現(xiàn)的最大變化速率，以檢驗“反調(diào)”大小和確定PSS參數(shù)，當20秒減小有功4MW時，無功增加約23Mvar，這與無功在-10到+40Mvar間變化的幅度基本吻合，后者的有功功率變化應該超過了試驗時的最大變化率。在增減負荷的過程中，由于調(diào)門的調(diào)整，“反調(diào)”現(xiàn)象仍然存在，當有功穩(wěn)定后，無功也會隨之恢復穩(wěn)定。為了減小較低頻率下的“反調(diào)”，建議將PSS的隔直時間常數(shù)Tw=6調(diào)整為Tw=2，其它參數(shù)不變。為了根本上解決“反調(diào)”現(xiàn)象，建議采用加速功率作為輸入的PSS-2A模型。修改參數(shù)后，反調(diào)現(xiàn)象有了很大的改善，在連州#1、茂名#6上也對隔之時間常數(shù)進行了優(yōu)化以減小反調(diào)的影響。二、調(diào)速系統(tǒng)故障引起的機組功率波動當調(diào)速系統(tǒng)故障引起原動機功率波動，由于PSS的反調(diào)也會相應引起無功的波動，而運行人員往往主觀認為無功既然有波動一定是勵磁調(diào)節(jié)器有問題，尤其是PSS有問題，讓電氣人員蒙受不白之冤。從PSS的原理可以看出，即使PSS有反調(diào)，其起因也是由于有功的波動造成的，首先應該檢查的就是調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)是否平滑順暢。臺山電廠#4機功率波動分析2008年8月7日以來，臺山4號機組自，在有功功率470MW530MW的范圍內(nèi)，多次出現(xiàn)有功、無功的瞬間波動現(xiàn)象。運行部門歸因于電氣故障，電氣二次主要采取如下措施：1）8月14日對4號發(fā)電機機端PT電壓進行檢查、測量，PT二次電壓穩(wěn)定無大幅波動；2）8月15日上午，將勵磁調(diào)節(jié)器從當前的通道一切換至通道二，有功、無功的變化與先前相同；3）8月15日晚上，經(jīng)中調(diào)同意，退出4號機組PSS功能，截至8月20日，機組有功波動仍然存在，無功波動現(xiàn)象消失。我們與電廠在8月20日召開專題分析會，電科院有電氣與熱工專業(yè)的專家參加，通過電氣專業(yè)的分析，經(jīng)與會人員的廣泛討論，確認機組調(diào)速系統(tǒng)存在問題。