对三甲水电厂发电机组孤网运行时频率偏低现象的分析与探讨
―――甘肃省电投洮河水电开发有限责任公司   孙小强
三甲水电厂位于洮河下游，电站共装有三台发电机组，单机容量为8750KW,调速器型号为TDWST2双调节微机PLC电液调速器,自1996年9月发电至今机组运行工况良好,但在某些特殊运行工况下存在孤网自动运行时频率偏低且无法调至50HZ的现象。
三甲水电厂的调速器采用天传所研制的PLC电液调速器，它采用适应式变结构、变参数并联PID调节模式，机组频率自动跟踪电网频率，机组启动并网迅速准确，能在线数字显示运行状态，故障时报警并显示故障源。
2003年9月5日大网停电检修,三台机组共计带临洮县负荷25600KW孤网运行，10时12分3F突然事故停机,导致1F、2F超负荷瞬时运行,经调整负荷后,1F、2F共计带负荷4000KW自动运行,但此时网频已由原来的50HZ左右变为48HZ左右,不符合电力系统供电规范要求。随后检修人员对3F进行了检查，发现故障为调速器机械柜内端子排上的一二极管由于长期发热导致焊接线脱焊，经处理后开机自动开机，空载运行稳定后频率为50Hz左右。由于此频率高于网频48Hz，导致3F无法与1F、2F自动并网,经运行人员将3F切手动调整导叶开度，同期装置切手动后并网成功。此时网频仍然为48Hz左右，低于电力系统要求值。
此现象在96年至2002年内也曾发生过，但由于当时的认识程度不够，虽然当时对调速系统进行了检查，但未发现问题的根源。再者此故障发生的几率非常少，因而也未引起大家足够的重视。现经对多年来运行资料及机组资料的综合分析和反复观察，将故障发生时的必须满足的客观必要条件、产生的原因及解决的方案试述如下：
一 满足的客观条件
三台机组中的一台、两台或三台处于孤网带负荷自动运行，负荷接近于机组总负荷，负荷端有一大瞬时波动负荷（波动范围在机组瞬时功率的20%以上）或三台机组中一台、两台突然事故停机。
 二 原因分析
1、调速器的PLC程序是按如下逻辑设计的：机组自动开机时，频率首先跟踪频率给定，当转速大于95％nN（47.5HZ）时，调速器自动跟踪网频，同期装置投入，直至并网，并网后仍跟踪网频。
2、当三台机组并网后，组成小网孤立于大网带负荷运行时，忽然由于外界大负荷的波动（波动量为系统总容量的20%以上）或一台机组事故停机，将引起负荷容量大于系统发电容量，导致网频偏低或系统的波动。
3、此时系统处于并网运行状态，由于发电机的油开关合，因而调速器的PLC检测到的状态仍是并网态，PLC将按并网时的系统指令——自动跟踪网频运行，而此时的电网频率即机频由于前面产生的外界大扰动，经过一定的调节过程稳定在一个新的频率点（此值介于47.5HZ与50HZ之间），由于此时的网频就是机频，微机调速器将按跟踪网频的方式运行，最后产生频率偏低的现象，且在机组自动运行时无法使其达到额定值的现象。
4、3F自动开机后，按逻辑条件当转速大于95％nN（47.5HZ）时，应跟踪网频实现自动并网，但此时的网频偏低，因而就转为跟踪频率给定，最后稳定在50HZ,无法与系统并网。
这种现象出现的机率非常少，产生这种现象的最主要原因是微机调速器的PLC程序，需要在原程序中加入如下逻辑判断执行语句：当机组转速大于47.5HZ,油开关合时,机组频率应该转去跟踪频率给定，而不应该去跟踪网频。
三 解决方案:
可选择以下几种方案之一
1、 改变可编程控制器的程序，使其程序变为机组在孤网带负荷运行时直接跟踪给定频率，而不跟踪网频。
2 如不能改变PLC的程序，可在网频侧加一切换开关，在机组孤网运行时，直接切换至工频电源。
3、当发生机组频率偏低现象时，我们应采取如下措施：将自动运行机组暂时切为手动状态，然后手动略增大导叶开度，使机组频率变为额定频率后，将调速器切为自动状态。
此现象发生时对孤网运行的机组产生的危害极大（机组功率越大，危害越大），如扰动后系统负荷大于发电容量时，强励装置将动做，过大的励磁电流有时将使励磁保险熔断，引起机组事故停机（此现象在三甲水电厂发电初期发生次数甚多，后经增大励磁保险容量后消除）。再则频率偏低运行时，不符合水电厂供电质量要求，轻则影响用户设备的正常运行，重则烧毁电机、生产出不合格产品来。因而有同类现象发生或微机调速器有此程序缺陷的电厂要引起足够的重视，防患与未然，保证机组的安全运行。