泗南江水电站调速器系统的改造和优化

泗南江水电站调速器系统的改造和优化

李正超

（云南滇能泗南江水电开发有限公司）

摘要：泗南江水电站调速器为南瑞研发的SAFR-2000微机型调速器，属早期过渡性产品，存在固有缺陷（当交直流电源消失后再复电，导叶会全开、全关动作）。设备为2007年生产设备，运行时间基本接近电子产品的生命周期，其中部分核心模件、备品元器件厂家已停产；电网1+5辅助服务考核中一次调频达不到电网要求被考核较为频繁。因此，为了机组设备更加安全、稳定运行，减少设备后续的运行维护成本、增加经济效益，决定对泗南江水电站调速器系统进行升级改造。电站分别于2017年、2018年初对#1、#2机组调速系统电控部分进行改造，所拆元器件作为#3机组调速系统备品件。

关键词：调速器系统；电气控制柜；液压操作柜；改造

1、背景简述

泗南江水电站位于云南阿墨江左岸楚江（楚雄－江城）公路旁，电站装机容量201MW（3×67MW），2005年2月5日实现截流，2008年4月26日首台机组投产发电。其中，水轮发电机组设备厂家为通用电气亚洲水电设备有限公司，型号：SF-J67-12/4420，至今运行已10年，电站设备总体稳定可靠，保证了电站安全生产发电。随着国家能源局、南方电网对电网安全、质量和稳定性要求越来越高，《南方区域发电企业运行管理实施细则》和《南方区域发电企业辅助管理实施细则》简称“两个细则”的实施，对发电机组调速器调节速率、精度提出更高要求，调速器生产厂家在近十年来亦有了长足的进步，软件系统不断优化升级，尤其是电子产品和电气设备，更新换代的周期日益趋短，原有型号早已停产，存在备品备件无法采购问题。

2、系统改造方案

泗南江水电站原调速器系统由SAFR-2000微机型水轮机调速器电气控制柜和ZFL-100D型机械液压控制柜组成，油压装置为主机厂家配套设备。电站在改造规划和可行性研究阶段，首先从以下几方面考虑：

2.1确定改造目标：解决调速器电气柜固有缺陷，核心配件停产问题；解决调速器调节速率、精度达标合格率低，设备老化、电子元件稳定性变差问题；解决系统维护困难、能够掌握该系统进行调试和维修的人才匮乏问题。

2.2改造方案可行性：机械液压部分元器件运行稳定、可靠，无设计缺陷，不存在备品备件停产问题；机械液压部分一同改造更换对性能、技术提升改观不明显；机械液压部分一同更换，改造施工难度和工程量均增大，改造费用和施工工期增加，新设备还需考虑与主机设备衔接配套问题；确定只更换电气控制柜就须考虑新系统与机械液压部分配套和控制衔接问题，优先考虑原厂新升级设备。

2.3改造方案确定：通过改造目标和可行性对比、方案优化和降本增效，最终选择保留机械液压部分保留，仅更换综合控制模块，电气控制柜部分全部更换；为保证新旧设备、电气和机械液压设备衔接可靠、稳定，仍优先考虑南瑞调速器；同时综合考虑施工工期、改造费用、确保改造成功率，最终确定以三年为滚动周期，每年改造一台机，完成泗南江水电站三台机组调速器系统升级改造。

3、SAFR-2000H微机型调速器的新提升功能特点

SAFR-2000H型调速器是南瑞集团根据市场、客户需求和未来的发展趋势，在SAFR-2000型调速器基础上，研发出的新一代替代产品，其配置均采用双套双冗余配置，核心控制器采用两套贝加莱公司PCCX20系列可编程控制器组成双冗余容错控制系统，AB切换单元采用独立的第三方智能切换PLC（日本欧姆龙），人机界面采用MCGS触摸屏。

SAFR-2000H对比SAFR-2000型电气控制柜，除具备常规的开机、空载、发电、停机和静止五个工况下的基本控制策略前提外，新型设备增加了如下几个特殊控制功能：

3.1机组在发电工况下，调速器一次调频主要有功率闭环模式下的一次调频和开度模式下的一次调频。当机组运行于开度模式下的一次调频模式时，将屏蔽电站上位机的数字式或者脉冲式的调节，防止一次调频与电站的二次调频的相互干扰。当电站需要进行电站整体的负荷分配时，应该向调速器发出二次调频介入令，退出一次调频功能，但必须在调速器一次调频动作复归后才可以二次调频，电站实施二次调频改变机组功率分配的时候，为了加速功率调节的速度，装置的功率调节使用具有前馈的功率调节算法。

3.2电网的考核标准和调速器调频原理

电网频率是波动的，该波动取决于电力系统内的有功的平衡，电力系统的有功的平衡取决于该电力系统内各电厂发出的有功和用电负荷的平衡。如果系统频率变大或变小，调速器就应该根据自身的调差特性第一时间相应动作；调速器在联网模式下，检测到频率大于设置死区，就会调节；调速器此时只是调节开度，让开度满足计算要求即认为是调频是合格的。

3.3积分电量被考核的原因分析及对策

积分电量被考核多出现在系统频率超过死区临界点的状态下，这样如果本身波动的死区又不大，调速器内部参与PID计算的频差是减过死区后的频差，这样调节下来的开度就比较小，功率也基本没大的变化，加之机组有功本身就有一些波动，所以效果很不明显。为了解决这样一个问题，南瑞对一次调频做了进一步的改进，在一次调频动作后，对参与计算的频差做处理以达到增大调节量的目的。

一次调频动作，有个调频死区的判断，此值可以在调速器触摸屏的设置窗可以设置，一般是±0.05Hz，是个相对固定的数值。该值有两个作用，一是系统频率波动如果超过该死区，调速器就会开出一次调频动作继电器上报监控。二是，系统频率波动超过该死区，调速器开始对（频差+频差补偿）进行调节；如果在调节过程中频率回归到（死区-0.01Hz）之内，调速器导叶会回归到原来给定数值，调频复归；如果系统频率没有回归到死区以内，一直调节至目标值不再调节。

3.4SAFR-2000型为“普通型一次调频”，改造后的SAFR-2000H为“增强型一次调频”。

图1：普通型一次调频原理图

图2：增强型一次调频原理图

4、改造后效果

泗南江水电站调速器改造安装结束、各项检查核对完成具备上电条件后，通过静态调试试验、动态调试试验、AGC联调试验、甩负荷试验和试运行验证下，各项参数性能指标均优于原系统设备，运行一年多来，无设备异常和缺陷发生，一次调频考核明细降低。