莲花发电厂机组低频自启动系统建设

莲花发电厂机组低频自启动系统建设
【摘要】在机组的计算机监控系统中，实时对电网系统频率进行采样，当监测到系统频率低于限定值时，机组自动启机并网发电，迅速提升电网供电能力，从而防止网频过低，造成系统供电不足现象的发生，保障了电网系统的安全稳定供电。

通过修改机组计算机监控系统流程控制程序，自动完成电气参数采集、机组发电并网等一系列流程。

【关键词】低频；自启动；PLC；电网
前言
2011年东北电网年中工作会议对东北电网近期重点工作进行了详细安排，呼辽直流投产后，在电网事故情况下电网频率变化范围加大，需要在莲花水电厂实施低频自启动措施。

机组低频自启动是系统频率振荡出现低频时保证系统频率稳定的重要手段。

莲花发电厂共四台机组，单机容量137.5MW，总装机容量550MW，是电网中的调峰电厂，为了保证电网系统频率的稳定，莲花发电厂机组需要增加低频自启动功能。

莲花厂机组建立低频自启动功能是东北电网年中工作会议对东北电网近期重点工作安排中的一项重点工作。

在莲花发电厂计算机监控系统上位机中增加低频自启动功能程序，并相应修改计算机监控系统数据库和画面，通过调试和整机试验后，实现莲花发电厂四台机组在电网系统频率振荡频率降低时自动启动水轮发电机组并网发电，保证电网系统频率的稳定。

1、基本情况
莲花发电厂正常的运行接线方式是双母线通过旁母和环运行，1号和3号机在甲母线运行，通过莲方甲线将电能送到电网系统中。

2号和4号机在乙母线运行，通过莲方乙线将电能送到电网系统中。

中控室反馈屏上装有能够测量莲方甲线、莲方乙线和旁路母线的频率的电气参数百创表。

2、实现方法
中控室反馈屏上的甲、乙母线百创表现在已经接入监控系统，通过485串口将母线电气参数传送到监控系统上位机。

上位机可根据读取的母线频率值和机组状态，进行机组的流程控制。

按照电网供电的稳定性要求，结合实际运行工况，机组自启动频率定义为49.8Hz，高频切机频率定义为51.5Hz。

当电网系统频率低于49.8Hz时，机组自动启机发电，当电网系统频率高于51.5Hz时，自动切除运行中机组，以达到稳定电网系统的目的。

在上位机增加低频启机判断条件，符合低频条件时，自动启动PLC发电并网流程，完成机组的发电并网控制；满足高频条件时，机组控制流程自动切断运行中的机组出口断路器，使机组脱离系统。

实际运行中，往往存在百创表检修、故障等情况，为了防止百创表故障事件的影响，发生机组误启动的现象，在自启动流程中对采集的电网频率加以判别。

采集的系统频率高于55Hz或小于46Hz时视为无效，就判断为是百创表故障，非电网频率低，从而杜绝机组误启动，保障机组动作的准确性。

3、功能要求
莲花水电站低频自启动实施范围是莲花水电站的1到4号机组。

机组现地PLC控制柜中低频自启动压板投入时，机组的低频自启功能才有效。

实现低频自启动功能对频率测量的精确性和可靠性要求较高，不然由此引起的误动，会对系统造成扰动。

频率超出46.00Hz至55.00Hz范围，则认为该频率值是坏值。

莲方甲线、莲方乙线两条出线线路频率同时低于低频自启动频率给定值时才认为系统低频。

上位机显示低频自启动功能相关参数，如低频定值、延时时间、给定功率，及低频自启动功能投入和退出状态。

任何一台机组发生低频自启动，上位机将自动推出“机组低频自启动监视”画面，同时有语音、简报、光字报警提醒运行人员。

在低频自启动功能投入情况下，当某台机组参加低频启动，并且满足以下条件时，一旦发生系统频率低于该机组低频启动整定值时，会自动将该机组开机到并网，将负荷带至给定负荷。

低频自启动功能不影响其它不参加低频自启动机组的状态。

低频自启动功能无法识别系统振荡情况。

在这种情况下，由于系统低频，低频自启动功能正确动作，这属于程序的死区，必须由运行自行将低频功能退出。

莲花厂机组低频自启动试验时定值：频率：49.8Hz，延时时间：5秒，功率：单机负荷30MW。

4、试验方法
4.1机组低频自启动试验目的
验证莲花水电厂监控系统的机组低频自启动功能是否正确。

验证莲花水电厂机组在低频自启动过程中运行是否正常，调速器系统在低频状态下的工作状态；继电保护装置低频状态下是否会误动；励磁系统在低频状态下是否工作正常；同期装置在低频状态下是否能正常并网；监控系统在低频状态下频率采集是否正确。

4.2机组低频自启动功能静态模拟试验
试验机组为启机备好热备用状态，确定该机组为中控计算机控制。

断掉试验
机组的开出模块的操作电源，确保在静态试验的过程中不会误动任何设备。

在上位机的数据库中和顺控流程中设置机组低频自启动试验定值。

试验人员登录到操作员站及下位机PLC进行监视。

投入试验机组的低频自启动压板。

模拟降低系统频率，此时上位机简报中应出现系统低频信号报警；发出语音报警；登录事故一览表、光字；低频自启动顺控流程动作；观察在给定频率时经给定延时后是否推出全厂低频自启动流程监视画面；简报窗口中发电令是否下发。

在下位机程序开机流程中监视发电令是否正常接收；如正常接收，则立即通过手动设置相关点量将机组工况设为发电态，使试验机组的上位机数据库中开关量点量中的“*号机机组发电态”和“*号机有功可调”置位。

同时上位机顺控流程中应自动执行PID调节投入，并下发有功定值，监视下位机程序中相应寄存器是否正确收到上位机下发的有功定值。

该试验机组的主变中性点是否正确动作。

检查简报窗口操作信息中确认低频自启动顺控流程正常退出。

4.3机组低频自启动假同期实验
4.1实验条件（本条件适用于参加低频自启动试验的机组）。

4.1.1与调度联络，确定莲花水电站的备用机组可以启动用于低频自启动试验。

4.1.2试验机组的机组出口断路器母线侧隔离刀闸在分位，处于冷备用状态，如1号机组参加试验，则0201甲刀闸与0201乙刀闸在分位，2号机组参加试验，则0202甲刀闸与0202乙刀闸在分位，3号机组参加试验，则0203甲刀闸与0203乙刀闸在分位，4号机组参加试验，则0204甲刀闸与0204乙刀闸在分位。

4.1.3试验机组的主变中性点接地刀闸在分位，如1号机组参加试验，则0231主变中性点接地刀闸在分位，2号机组参加试验，则0232主变中性点接地刀闸在分位，3号机组参加试验，则0233主变中性点接地刀闸在分位，4号机组参加试验，则0234主变中性点接地刀闸在分位。

4.1.4系统侧电压由继电保护测试仪模拟，低频自启动定值按机组低频自启动试验定值给定。

4.1.5模拟的系统电压分别接入同期系统二次回路和监控系统对应的变送器以及调速系统。

并注意和原来的系统PT二次回路做好隔离。

4.1.6试验机组的发变组保护装置定值依据给定频率进行检查，必要时适当调整。

4.1.7试验机组的同期装置定值依据给定频率进行检查，必要时适当调整。

如果机组出口断路器母线侧隔离刀闸位置和机组出口断路器或同期装置等设备有硬闭锁关系，短接其输入接点。

4.1.8如果机组出口断路器母线侧隔离刀闸闭合状态为机组启动流程中控制条件，在下位机强制其位置接点。

4.1.9参加试验机组的低频自启动控制流程静态试验已完成。

4.2实验过程
4.2.1机组工况：有一或两台备用机组作为试验机组，仅将该机组现地PLC 控制柜中的低频自启动功能压板投入，其它机组低频自启动功能压板退出。

4.2.2检查试验机组发变组保护装置、同期装置、励磁装置、调速器系统做好准备；发变组保护在试验频率范围内能够正确采样，显示有效值与试验模拟值一致，励磁、调速器、主进水阀等分系统正常。

4.2.3使用继电保护测试仪，输出三相正序额定二次电压。

打开系统频率测试设备的PT二次接线试验端子排联片，将PT二次线从端子排拆除并做绝缘措施。

将试验仪输出接入，检查模拟系统电压，确保正确引入同期装置和监控系统。

4.2.4开始试验
4.2.4.1降低模拟系统电压频率，观察在给定频率时经给定延时时间后低频自启动是否动作。

4.2.4.2机组启动后观察各系统工作是否正常。

4.2.4.3同期装置向调速器发信号，将发电机转速调节到给定频率对应转速，机组并网（假同期）。

4.2.4.4机组出口断路器合闸后观察发变组保护装置、调速器装置、励磁装置工作是否正常。

4.2.4.5机组正常运行一段时间后，缓慢升高模拟系统电压频率到50Hz，观察机组转速同步缓慢上升，调节发电机转速至工频转速。

4.2.4.6试验机组停机，拆除试验接线，恢复原有接线。

检查系统电压及频率值是否正确。

4.2.5试验过程中观察发变组保护、励磁系统、监控系统、调速系统、同期装置采样值及功能是否正常。

4.2.6试验结束。

4.2.7试验记录表格如表1。

试验过程共八种组合，分别为1-4号机组单独参加低频自启动以及不同引水洞的两台机组，如1与3、1与4、2与3、2与4号机组参加低频自启动。

试验记录表格形式相同。

5、结论
通过莲花厂机组低频自启动系统的建设及实验，机组能够实时按照采集的电网网频，正确及时的进行机组的启、停机控制，达到了预先的设计目的，实现了机组根据电网频率变化的自动投切功能，使电网供电更加稳定，提高了电网运行的自动化水平。