水轮发电机组一次调频试验机械死区的分析与研究

水轮发电机组一次调频试验机械死区的分析与研究

蒋瑞艺1张万万2胡芬3

1长沙理工大学4100002澧水流域水利水电开发有限责任公司410000；3长沙理工大学410000

摘要：严格来讲，在水轮发电机组的系统里具备一次调频死区，原因是因为在额定转速旁边有一些不灵敏的区，对于转速差或者频率差反应不到位，需要注意当转速差或者频率差比死区大的时候，有必要让调节系统对这个情况做出合理的调整。本文主要介绍了对某电站现场进行一次调频性能考核试验中发现机组在模拟网频变化超过调节系统人工死区时机组实际功率呈现出随机响应的情况进行的研究和处理过程。

关键词：水轮发电机组；一次调频死区；机械死区；有功功率；随机响应；研究处理

1概述

在水轮发电机组的调节系统会有一次调频的死区，也就是说在调频调节系统会产生转速差或者频率差，它们经过额定转速附近的不灵敏区时，如果速率大于这个死区时，调节系统为了保障电网和电机组的安全运行就会做出相应的合理调整，这样的调节系统同时充分发挥发电机组一次调频能力，帮助并网运行机组能够随时适应电网的负荷以及频率的变化，明显提高电能的质量与电网频率的控制水平。

1.1必要性

发电机的调频功能对于电网的正常和稳定运行有着重要的作用，从一定意义上讲起着决定性作用，保证调频操作的规范正确，对于调频系统仅仅是承担着较大的压力，但对于整个电厂而言，是电厂能否稳定生存和生产的基础和前提。

1.2试验方案

水轮发电机器系统的作用主要存在于系统的稳定性和准确性，只有保持一定的稳定性，才能够保证运行的功率稳定在一定的范围内，进而不会产生太大的波动，准确性是为了确保频率在需要发生变化的时候，调速的系统能不能及时做出反应。通过在水电厂进行现场的试验，测试机组的一次调频能力，在保证安全的情况下，测试并且记录了一次调频的数据，从而做出对水轮发电机组一次调频性能考核的试验。这里主要介绍在试验过程中随机响应的情况，并且进行了详细的分析与研究，进而对这些实验研究进行讨论分析，得出解决这些问题的有效方法和措施。

1.3试验的指标和要求

发电机组一次调频试验性能的优劣主要在于电网的频率出现变化时调速系统能否时准确的做出反应，有效支援系统的电量需求。这里有两个标准的考核，分别是反应速度时间和电荷的支援量。水轮发电机组的一次调频主要是通过调速器来实现的，所以调频的优劣程度很容易受到调速器状态的影响。以前老旧的调速器，一些参数、部件等都不太好改变，操作或者维修起来都非常麻烦。新的调速器经过多次改进之后，一些设置就方便多了，可以通过调整调速器的参数来改变调频的功能。通过这样的方式，可以对整个机组进行考核，不断的改进机组的运行效率。

2试验过程

根据实际需要，我们进入水电站现场并对调速器的一次调频性能进行实验。首先确定该机组的额定功率是10mw，目前投运了2a。在试验过程中我们多次把模拟出来的网频变化的信号放到调速器PT端口，出现了电信号明显的输出响应，但我们的试验要求有三种情况，而这个明显不符合实际要求。因为试验要求的不确定性，所以前期试验并不能够满足调频试验的需求，怎样才能为试验电站做出一个合理的解释成为需要解决的难题，为此，我们在当地水电站又进行了多次试验，通过发挥主观能动性，改变了试验中的一些条件继续进行实验，记录数据，并进行相关趋势性分析，力争把试验的真相查找出来。

3分析与研究过程

在具体的试验过程中，把试验中输入里面的模拟网频逐渐降低，等到实际的机组有功功率完全响应了之后，我们再给试验设置一个新的起点，把模拟的网频向反方向升高了0.25hz，发现导叶开度正常相应，但是有功功率完全没有响应。这种情况下，对实验的其他条件没有做出改变，继续升高模拟网频0.25hz，发现导叶开度和有功功率都正常响应了。最后总结得出，如果仅仅通过降低网频，结果除了方向相反，其中的规律都是一样的。实验结论说明：当实验过程中只有两次或以上在同一个方向上改变比较大的模拟网频而且达到了一定阈值时，有功功率才会做出相应反应。

一般而言，只有让力的传递经过了各个部件并且最终到达了机械的终端，这个过程中各部件之间的间隙合理时，调节机构才能够保证调节的运动可以有效的进行而且不会松动，如果中间环节松动，那么力在其中的传递就不能够产生反应，最后使得机械终端不能或者不能够完全达到我们的目标控制，最后得到的结果有可能是有功功率不响应或者不完全响应。

通过多次试验、分析和总结，基本可以确定是因为调节系统在改变有功功率时因为传动部件之间空隙太大而造成相应的松动。因此，有功功率在调节力传递时，首先需要克服这样的问题才能够继续运行，这样的使力的传递不能够有效产生响应的情况就是机械的死区。实验开始时做出的这个总结受到很多人的质疑，但是在我们不断试验得出数据的过程中，出现的这样的情况已经逐渐的被大家所认可和接受。

4处理意见与取得的结果

在上面的试验中不断进行总结和分析，并且在和相关的人员和专家学者的讨论后，可以得出以下几个有功功率随机响应的几个因素：

⑴在力从调频器传输到终端的传递过程中，调节系统里面有部件磨损严重，导致力不能够顺利的从头传到终端，在传输的过程中出现问题，从而导致有功功率无反应；

⑵在机组调试时或者关机后的一些错误的操作，使各联结部件间间隙增大，力的传递中断，有功功率无反应；

⑶机械加工的时候公差配合导致了间隙过大，所以使力的传递未能顺利完成，导致有功功率无反应；

因为如果根据上述原因，采取一些具有针对性改进措施，不仅费时费力，而且难以操作，在与相关专家学者进行讨论分析，进一步总结得出一些比较简单易行的方法，可以先将把一些严重的死区问题加以解决，再对整个电厂的问题进行修复。笔者提出检查并修复或者换掉一些比较容易处理的联结部件，成功消除了一些机械死区，但是目前这种情况，要想彻底的消除死区，因为机组的复杂性太高，进行简单的修复是不很现实的，如果要解决死区问题，需要把整个机组拆开来整体维修，因此，解决整个电厂的机组死区问题，必须等待大修检查时才能彻底加以解决。

结语

在水电站遇到的机械死区问题不是个例问题，经过笔者和同事大量的实验过程总结得出，机械死区主要发生在一些老旧的或者一些小的机器之内，这与我们生活中的电器具有同样的原理，电路使用时间过久，就容易出现电路的老化，进而发生一些安全问题，也就是安全隐患。而一些小的机器部件，因为太小，一些需要注意的细节注意不到，也可能发生一些安全性的问题。通过对这一问题的研究和现实实际操作得出相关经验，电站中一些大的或者新的机组死区的情况是出现过的。因此，我们认为：老旧系统之所以产生机械死区，主要是因为连接部件磨损严重，以及人为的操作失误；而小型的机组主要是因为公差配合不合理引起故障。所以，要整治水电站的机械死区问题，就需要技术人员对水电站机组定期进行检查和维修，及时发现问题隐患，采取有效措施加以解决。确保水电机组整体性能的安全性与可靠性。经过试验，不仅锻炼了自身的专业素养与能力，提高了动手操作能力以及自身的专业素养，较为精确地总结出机械死区的原因，为各大水电站的修复和发电工作提供了有益的指导，同时还结合专家的建议意见，在相关知识和经验方面获得了有效地提升。

参考文献：

[1]张东宝，王雁军.一次调频功能控制策略的分析及优化[J].自动化博览，2007，（5）.

[2]金春林，房芳，刘洪博.发电机组一次调频试验及应用[J].吉林电力，2012，（5）.

[3]于达仁，郭钰锋，徐基豫.发电机组并网运行一次调频的稳定性[J].中国电机工程学报，2000，（9）.