機(jī)組低頻振蕩會(huì)引起聯(lián)絡(luò)線過(guò)流跳閘或系統(tǒng)與系統(tǒng)或機(jī)組或系統(tǒng)之間的失步而解列，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，解決低頻振蕩問(wèn)題成為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要課題之一。近日，大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院成功破解黃金坪水電站4臺(tái)機(jī)組超低頻振蕩難題。該技術(shù)問(wèn)題的解決，既避免了黃金坪水電站被退網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，又確保了四川電網(wǎng)和黃金坪電站機(jī)組運(yùn)行的安全，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

開啟“對(duì)口支援”  解決“生死攸關(guān)”難題  

黃金坪水電站裝機(jī)850MW，采用左、右岸兩個(gè)地下廠房布置方式，左岸裝機(jī)4×200MW；右岸裝機(jī)2×25MW。水電站位于四川甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流第十一級(jí)電站，以發(fā)電為主的大（Ⅱ）型工程，隸屬于四川公司甘孜公司所管轄，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定起著重要的支撐作用。

2018年5月，西南電網(wǎng)和華中電網(wǎng)開展異步聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)黃金坪1～4號(hào)機(jī)組存在有功超低頻振蕩問(wèn)題，振蕩幅值最大為7.8MW，振蕩頻率約為0.062Hz，對(duì)電網(wǎng)的系統(tǒng)安全構(gòu)成了潛在威脅。按照電網(wǎng)要求，改變振蕩幅值達(dá)到3MW以下或者改變振蕩頻率，機(jī)組才能在電網(wǎng)中正常并網(wǎng)運(yùn)行，否則，黃金坪水電站機(jī)組只能退出電網(wǎng)。

面臨這樣生死困境，四川甘孜公司立即尋求水電院技術(shù)支持?！案鶕?jù)以往經(jīng)驗(yàn)，引起低頻振蕩的原因有很多,包括電網(wǎng)構(gòu)架以及電廠的監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)以及水輪機(jī)壓力脈動(dòng)等等,都有可能導(dǎo)致低頻振蕩的發(fā)生”，水電院水機(jī)技術(shù)專家張海庫(kù)說(shuō)。

如何解決并網(wǎng)機(jī)組的有功超低頻振蕩，不僅是電廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理者的難題與擔(dān)當(dāng)，此時(shí)也是水電院作為技術(shù)服務(wù)單位的挑戰(zhàn)和責(zé)任。為了盡快幫助服務(wù)企業(yè)排憂解難，水電院查閱國(guó)內(nèi)外大量參考文件,對(duì)電網(wǎng)構(gòu)架、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)和水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，最終排除了系統(tǒng)、設(shè)備原因。

正當(dāng)大家一籌莫展之際，水電院提出建議，查閱黃金坪水電站以往三年的監(jiān)控及水情數(shù)據(jù)，通過(guò)查閱數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)有功振蕩可能與尾水隧洞水位有關(guān)，尾水水位越低，機(jī)組越容易產(chǎn)生有功振蕩，功率振蕩幅值越大。

“紙上得來(lái)終覺淺,絕知此事要躬行?！睘榱蓑?yàn)證這一規(guī)律性發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目組采取現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式進(jìn)行求證。因尾水隧洞為兩臺(tái)機(jī)組共用，不同的運(yùn)行方式將對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，為盡可能模擬實(shí)際運(yùn)行遇到的各種工況，從單機(jī)運(yùn)行到同一尾水洞雙機(jī)運(yùn)行，再到四機(jī)運(yùn)行……，從電網(wǎng)線路參數(shù)及構(gòu)架核算到調(diào)速器一次調(diào)頻功能投退，再到變功率因素測(cè)試……一個(gè)接一個(gè)的試驗(yàn)，一次又一次的數(shù)據(jù)分析，隨著檢測(cè)數(shù)據(jù)、階段報(bào)告不斷誕生，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：機(jī)組有功振蕩與尾水水位、尾水流道水流狀態(tài)相關(guān)，涌高尾水位有助于減小有功振蕩，但會(huì)對(duì)機(jī)組效率產(chǎn)生影響。

2018年7月，水電院協(xié)助黃金坪水電站向四川省調(diào)度中心報(bào)送“關(guān)于規(guī)避黃金坪電廠左岸大機(jī)組有功振蕩對(duì)該廠運(yùn)行方式調(diào)整的匯報(bào)”，同意黃金坪調(diào)整避開振蕩的運(yùn)行方式，并要求盡快完成黃金坪有功振蕩研究工作。

真正的考驗(yàn)可能從現(xiàn)在才剛剛開始。

匯聚各方力量  著力集智攻關(guān)

在與黃金坪水電站達(dá)成共識(shí)后，水電院迅速抽調(diào)了電氣、機(jī)械、金屬、水工等專業(yè)的技術(shù)骨干，成立了專業(yè)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目組，以最快的速度趕往黃金坪水電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。同年10月，水電院組織成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院、東方電氣、國(guó)家電網(wǎng)中國(guó)電科院、武漢大學(xué)等單位召開問(wèn)題分析會(huì)，與會(huì)專家一致認(rèn)可水電院測(cè)試結(jié)論：即機(jī)組有功振蕩與尾水水位、尾水流道水流狀態(tài)相關(guān)。

如果說(shuō)查閱數(shù)據(jù)和做排除試驗(yàn)是得出有功振蕩可能與尾水隧洞水位有關(guān)結(jié)論的核心支撐，建立仿真模型則在分析電站有功波動(dòng)產(chǎn)生的原因發(fā)揮重要作用。

根據(jù)黃金坪水電站的建筑物結(jié)構(gòu)和機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，水電院有針對(duì)性地分別建立仿真模型，通過(guò)對(duì)電站有功功率振蕩現(xiàn)象進(jìn)行仿真復(fù)現(xiàn)，進(jìn)一步分析電站有功振蕩的產(chǎn)生原因，并研究合理的有功波動(dòng)抑制與減小方案。

針對(duì)超低頻振蕩工作時(shí)間緊迫、參研單位眾多的特點(diǎn)，水電院爭(zhēng)分奪秒搶抓進(jìn)度，加快開展“大型混流式水電機(jī)組有功振蕩控制優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)踐”機(jī)理及仿真研究工作。

“因?yàn)檎{(diào)度允許的試驗(yàn)的時(shí)間很短，試驗(yàn)時(shí)每一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的停頓時(shí)間又不敢太短，并且有功振蕩需要一個(gè)水力的耦合過(guò)程，所以在測(cè)試時(shí)又著急調(diào)整負(fù)荷，又擔(dān)心調(diào)整負(fù)荷過(guò)快導(dǎo)致沒能采集到有功振蕩的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)心情非常矛盾” 專業(yè)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目組王亮說(shuō)道，好在研究成果取得了預(yù)期成效。

2019年1月，水電院組織四川公司、甘孜公司、成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院等專家召開黃金坪電站有功波動(dòng)科研審查會(huì)，與會(huì)專家一致認(rèn)可水電院仿真方法和模型有效，會(huì)議進(jìn)一步明確成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院完成試驗(yàn)性質(zhì)“阻尼坎”設(shè)計(jì)。

成功突破難題   形成科研成果

從“7.8MW”調(diào)到“3MW以下”，看似簡(jiǎn)單，實(shí)則很復(fù)雜。

根據(jù)測(cè)試、仿真結(jié)果，采用工程措施抬高尾水水位可消除有功振蕩，但直接抬高尾水位會(huì)引起較大的水頭損失。綜合考慮，水電院采用在尾水支管前，增設(shè)的阻尼坎，進(jìn)而控制功率振蕩。

理論源于實(shí)踐，又來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐。由于制作和安裝阻尼坎需要一定的時(shí)間，且一號(hào)水力單元中的1、2號(hào)機(jī)組只需提高1號(hào)機(jī)組的尾水位便可消除有功波動(dòng)，于是決定一號(hào)水力單元采用落#1水力單元尾水門的臨時(shí)措施，二號(hào)水力單元3、4號(hào)機(jī)組采用尾水支管加裝阻尼坎的措施。

2019年12月，二號(hào)水力單元3、4號(hào)機(jī)組尾水支管阻尼坎二次安裝完成，并經(jīng)驗(yàn)證測(cè)試，二次加裝阻尼坎后的有功振蕩的最大幅值為2.2MW。二次阻尼坎的增加，對(duì)機(jī)組有功波動(dòng)起到了明顯抑制作用，黃金坪水電廠3、4號(hào)機(jī)組有功功率波動(dòng)問(wèn)題圓滿得到解決。

一號(hào)水力單元1、2號(hào)機(jī)組引水單元采用落尾水門的臨時(shí)措施提高尾水位后，無(wú)論單機(jī)還是雙機(jī)運(yùn)行、機(jī)組負(fù)荷和下泄流量，均未出現(xiàn)有功功率波動(dòng)現(xiàn)象,從導(dǎo)葉開度上可以看出，降低了機(jī)組效率，2021年3月，一號(hào)水力單元1、2號(hào)機(jī)組尾水支管阻尼坎安裝完成，并經(jīng)驗(yàn)證測(cè)試，加裝阻尼坎后的有功振蕩的最大幅值為2MW。

至此，歷經(jīng)1000多個(gè)晝夜，8名科技工作者以“5+2”“白+黑”工作模式團(tuán)結(jié)奮戰(zhàn)，成功解決了黃金坪4臺(tái)機(jī)組超低頻振蕩難題。

“我們是‘第一個(gè)吃螃蟹的人’！”張海庫(kù)所說(shuō)的“第一次”，正是像這種因?yàn)槲菜到y(tǒng)振蕩引起的非常少，而且黃金坪又是兩臺(tái)機(jī)共用一個(gè)尾水管，所以造就了它的特殊性。正因?yàn)檫@種獨(dú)特性，攻克這項(xiàng)技術(shù)難題，在國(guó)內(nèi)首次采用通過(guò)增加阻尼坎解決超低頻振蕩難題這種方法。

目前，該項(xiàng)目申請(qǐng)了集團(tuán)公司《大型混流式水電機(jī)組有功振蕩控制優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)踐》科技研究課題。結(jié)合該項(xiàng)目，發(fā)表SCI論文2篇,EI論文3篇，中文核心論文4篇,申請(qǐng)發(fā)明專利2項(xiàng),實(shí)用新型6項(xiàng)。成立大型水電機(jī)組功率振蕩研發(fā)團(tuán)隊(duì),為大唐水電院培養(yǎng)一批技術(shù)人才。

 2021年，是建黨一百周年，是“十四五”規(guī)劃的開局之年，也是集團(tuán)公司創(chuàng)“世界一流能源供應(yīng)商”夯基壘臺(tái)、立柱架梁的關(guān)鍵時(shí)期。今后，水電院將緊緊以推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展為主題，以加強(qiáng)科技創(chuàng)新能力建設(shè)為主線，自覺踐行碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，圍繞多能互補(bǔ)、高效協(xié)同開展系統(tǒng)集成研究，加強(qiáng)數(shù)字智慧科技創(chuàng)新，為集團(tuán)公司創(chuàng)世界“世界一流能源供應(yīng)商”道路上行穩(wěn)致遠(yuǎn)，破浪前行，以優(yōu)異成績(jī)向中國(guó)共產(chǎn)黨建黨100周年獻(xiàn)禮！