柬埔寨最大水电站桑河二级水电站保厂用电措施的研究与应用.docx

          柬埔寨最大水电站桑河二级水电站保厂用电措施的研究与应用                    摘要：桑河二级水电站位于柬埔寨王国上丁省（StungTreng）西山区境内的桑河（SeSan）干流上，为径流式电站，装机容量为400MW，设8台单机容量为50MW的灯泡贯流式水轮发电机组，是当前柬埔寨最大的水电站柬埔寨电网容量小、基础极其薄弱，电网频率及电压频繁大幅度波动，系统事故时有发生，电网运行很不稳定，加之电站外来厂用电未投入运行，全厂失电的风险极高，提高桑河二级水电站厂用电可靠性迫在眉睫关键词：灯泡贯流式机组；厂用电；可靠性1引言桑河二级水电站10kV高压厂用电系统为单母线分段接线，共有3段母线，各段之间设联络开关，形成环状结构各段母线进线开关经10.5kV高压厂用变压器取自主变低压侧，其中Ⅰ母取自1号主变低压侧，Ⅱ母取自2号主变低压侧，Ⅲ母取自4号主变低压侧接线示意图见图一图一、桑河二级水电站主接线示意图图二调速器甩负荷策略优化前的甩负荷曲线按厂用电设计，10kV厂用电主用电源来自机组供电和230kV系统倒送电，备用电源来自35kV地区电源，应急电源来自1台柴油发电机（额定有功功率：600kW）。

其中，35kV线路接至地区电网，但地区电网仅有桑河二级水电站1个电源点，即桑河二级水电站全厂失电后，外来备用电源也随即消失柴油发电机设计容量偏小，当系统发生故障导致230kV双回线跳闸时，8台机组同时停机，8台高顶油泵（电机功率22kW）和8台主轴密封增压泵（电机功率4kW）同时运行，换算为电流值约为46A，按3.5倍启动电流161A，8台机组同时停机瞬时电流将达到1288A，远超过柴油发电机额定电流1083A600kW的容量不满足8台机组同时黑停机要求，并且灯泡贯流式机组停机时间很短，此时已来不及启动柴油发电机柬埔寨电网容量小、基础极其薄弱，电网及桑河二级水电站均未配置安全稳定系统，电网频率及电压频繁大幅度波动，系统事故时有发生，电网运行很不稳定且输电线路长（全长约360km），在雨季时期雷击、暴雨较为频繁，每年大面积森林燃火等不可控因素均增大了桑河二级水电站230kV线路跳闸的概率，导致230kV系统倒送电的可靠性较低，无法作为厂用电源在发生双回线路跳闸时，运行机组不能被有选择性的快速切除，机组调速器系统维持在甩负荷前的开度，全部运行机组势必过频停机由于灯泡贯流式机组转动惯量小、水头低、流量大的特性，机组在甩100%额定负荷后，导叶迅速关闭，极易出现频率低于45Hz，引发励磁系统低频灭磁保护动作，导致机组逆变灭磁，机组将无法提供厂用电源。

综上所示，在此种极端情况下，将导致全厂交流电全失，可能造成轴瓦烧损等主设备损坏事故，给电站造成极大的经济损失；同时桑河二级水电站是柬埔寨最大水电站，若电站厂用电全失不能及时恢复供电将严重威胁电网安全运行综上所述，提高桑河二级水电站厂用电的可靠性迫在眉睫，进而保障电站和电网安全稳定运行通过研究，采取改进保护过频保护动作逻辑和优化调速器甩负荷策略可有效提高桑河二级水电站厂用电的可靠性2过频保护动作逻辑改进为防止机组频率过高，电站机组设置了过频保护，通常过频保护动作跳发电机出口开关，出口开关跳开后，机组将无法提供厂用电，鉴于桑河二级水电厂用电和电网实际情况，电站将过频保护动作跳发电机出口开关改为跳主变高压侧开关，过频保护动作逻辑改进后，即使送出双线因系统故障同时跳闸后，系统无法提供交流电源，此时厂用电源还可以由机组自身提供3调速器甩负荷策略优化过频保护动作逻辑改进后，电站送出双线跳闸后，全厂交流电源仅靠机组提供若送出双线跳闸时机组带满负荷运行，此时机组甩满负荷，而桑河二级水电站机组在甩100%额定负荷后，将出现频率低于45Hz引发励磁系统低频灭磁保护动作导致机组逆变灭磁，机组将无法提供厂用电源，因此对调速器甩负荷策略进行优化抑制低频情况发生势在必行。

桑河二级水电站调速器原甩负荷策略为机组甩100%满负荷后调速器将导叶关至空载开度，然后以频率50Hz为目标控制进行PID运算，当频率下降到50Hz以下将导叶开启因灯泡贯流式机组转动惯量小，当导叶快速关闭时转速下降很快，加之调速器调节系统存在一定滞后性，导致机组频率下降到45Hz以下，机组励磁系统逆变灭磁优化前的甩负荷曲线如图二所示在机组调试过程中，电站专业人员对之前投产机组投产调试时的甩负荷曲线进行分析研究，提出了机组在甩负荷过程中关闭导叶后在机组频率未下降到50Hz以下时提前将导叶开启的策略，然而导叶提前开启后是否能满足甩负荷技术要求、是否能达到抑制低频的效果需要综合考虑，导叶何时提前开启、提前开多少、何时停止开启等难题摆在了电站专业技术人员面前通过对前期投产机组甩负荷波形进行反复分析，研究决定采用根据不同导叶开度设定不同的提前开启量具体策略如下：（1）当甩负荷瞬间导叶开度＞65%时，在频率＜61Hz、频率上升速度＞0.6Hz/s时，提前开导叶，将导叶给定为2.5倍空载开度；当频率上升速度≤0.6Hz/s时，停止开启导叶2）当甩负荷瞬间导叶开度＞45%时，在频率＜51Hz、频率上升速度＞0.6Hz/s时，提前开启导叶，将导叶给定为2.5倍空载开度；当频率上升速度≤0.6Hz/s时，停止开启导叶。

3）当甩负荷瞬间导叶开度＞9%时，在频率＜49Hz、频率上升速度＞0.6Hz/s时，提前开启导叶，将导叶给定为2.5倍空载开度；当频率上升速度≤0.6Hz/s时，停止开启导叶经过对甩负荷策略进行上述优化后，在机组投产调试时开展试验验证，在甩100%满负荷时，机组频率最低下降至47Hz，有效解决了低频灭磁问题；同时满足行业标准DLT827-2014规定的“甩100%负荷后，机组转速大于3%以上的波峰不超过两次，导叶上开启方向起到摆动值小于1%的用时不超过40s”的技术要求在机组甩负荷过程中分不同导叶开度提前将导叶开启抑制机组低频，在所了解的水电站中是首次研究应用，并取得了良好的效果，目前桑河二级水电站八台机组全部采用此策略，机组运行安全稳定4结束语通过对过频保护动作逻辑进行改进和对调速器甩负荷策略进行优化后，有效提高了桑河二级水电厂用电安全可靠性，从而为电站和电网安全稳定运行提供了安全保障上述优化逻辑，对于无外来厂用电源的灯泡贯流式电站有较大的借鉴意义参考文献：[1]《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T5200-2004）.熊亮（1987-10），男，工程师，主要研究方向：电力系统自动化控制。

高瑞（1992-06），男，助理工程师，主要研究方向：电力系统自动化控制裴红洲（1984-03），男，工程师，主要研究方向：电力系统自动化控制  -全文完-。