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大型水電站機組溜負荷原因的探討

文檔作者：劉清華韋敏文檔來源：中國長江電力股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年11月03日
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２０１４ 年第８ 期
２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ ８
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１２２ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１２２
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１４．０８．０１４
收稿日期：２０１４ －０４ －０３ 作者簡介：劉清華，男，助理工程師，從事電站運行管理工作。
大型水電站機組溜負荷原因的探討
劉清華，韋　敏
（中國長江電力股份有限公司，湖北宜昌　４４３００２）
摘要：機組溜負荷在大型水電站機組中偶有發生，原因也各不相同，結合近幾年來葛洲壩電廠幾次機組溜負荷的案例，
從電氣和機械兩個方面分析機組溜負荷的具體原因，從而加以技術改進，減少機組溜負荷事故發生。
關鍵詞：大型水電站；溜負荷；過程分析
中圖分類號：ＴＭ３１２：ＴＶ７３７　　　文獻標志碼：Ｂ　　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１４）０８ －００５０ －０４
Discussion on Load Rejection of Large Hydropower Units
ＬＩＵ Ｑｉｎｇｈｕａ， ＷＥＩ Ｍｉｎ
Ｃｈｉｎａ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２（， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｌｏａｄ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｏｃｃａｓｉｏｎａｌｌｙ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｕｎｉｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｕｓｅｓ ．Ｗｉｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ
ｓｅｖｅｒａｌ ｌｏａｄ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎ Ｇｅｚｈｏｕｂａ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ， ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｓｕｃｈ
ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｔｈｅｎ ｃａｎ ｂｅ ｍａｄｅ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｃｅ ｏｆ ｓｕｃｈ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ．
Key words： ｌａｒｇｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ； ｌｏａｄ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ； ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ
　　水輪發電機組溜負荷是指在未減負荷的情況下，
機組出現出力逐漸減少，甚至出力降為零直至有功進
相的情況。機組溜負荷有時表現為無任何報警、不易
察覺的特性，而其危害在于影響全廠出力、引起機組有
功進相而出現水泵工況或者造成低油壓引起機組事故
跳閘停機等［１］ 。下面結合近幾年來葛洲壩電廠出現
的機組溜負荷事故，來分析引起機組溜負荷的原因。
１　負荷波動案例
案例１：２０１０ 年９ 月１１ 日１６：２９，葛洲壩水電廠
１９Ｆ 有功由１２３ ＭＷ 降至９２ ＭＷ，１９Ｆ 機組ＡＧＣ、Ｐ 調
節退出。現場檢查，１９Ｆ 調速器抽動，調速器未報故
障，ＡＧＣ／ＡＶＣ 無異常，水頭下發正常，機組沒有進入
一次調頻狀態。
案例２：２０１１ 年４ 月１０ 日１９：２２，葛洲壩水電廠監
控系統報“１７Ｆ 電調故障”信號，返回屏報“１７Ｆ 水機故
障”，不能復歸。現場檢查，１７Ｆ 調速器導葉在“手動”
位置，輪葉在“手動”位置，電調柜信號光字全部報出，
光字不能復歸，現場檢查輪葉有回關現象，１７Ｆ 負荷從
１３１ ＭＷ 最低溜至６８ ＭＷ。現場純手動操作將１７Ｆ 調
速器輪葉角度加至正常。
案例３：２０１０ 年６ 月１７ 日５：４７，葛洲壩水電廠監
控系統報“０ 號機電調故障”、“０ 號機導葉中接故障”，
０ 號機有功出力逐步下降至零，最大時進相１０ ＭＷ。
監控系統顯示導葉開度１００％，輪葉開度９９％。現場
檢查導葉已切至手動，電調面板上顯示“導葉主接故
障”，導葉、輪葉開度顯示為１００％，復歸“導葉主接故
障”信號后，導葉開度顯示為１９％，輪葉開度顯示為
９９％。手動開、關導葉進行擾動后，將導葉切自動加出
力正常。
２　溜負荷過程曲線
對案例１，當日１６：２８：３４，調速器負荷開始波動，
由于調速器的水錘效應，調速器有功調節先稍微增加，
５０
劉清華，等：大型水電站機組溜負荷原因的探討２０１４ 年８ 月
然后開始減少，至９２ ＭＷ，見圖１。
有功設定值在調速器開始溜負荷時，未發生變化，
隨著導葉快速回關，１９Ｆ 單機ＡＧＣ 自動退出。從圖１
可看出，由于有功設定值在導葉關閉的過程中沒有先
變化，所以主站未發出減負荷的命令。在２９：０４ 時，退
出１９Ｆ 單機ＡＧＣ，主站微調在２８：３４ 溜負荷時，也沒
有相應的動作，水頭未發生變化，沒有進入一次調頻，
機組頻率也顯示正常。
針對案例２，從監控系統的歷史曲線看到，１７Ｆ 有
功從１２８ ＭＷ 溜到６９．６ ＭＷ，溜負荷的時間是從
１９：４３：３０開始到１９：５３：５０ 結束，時間長達１０ ｍｉｎ 左
右，見圖２。
圖1　19Ｆ 溜負荷時歷史曲線
圖2　17Ｆ 溜負荷時歷史曲線
　　事故發生后，自動班人員在１７Ｆ 調速器電柜處檢
查ＰＬＣ，發現ＰＬＣ 電池和程序及機頻、導葉主接故障
報警燈亮，調速器切在“手動狀態”。檢查時還發現
ＰＬＣ 電池損壞，電池中的液體流入到ＰＬＣ 模件板中造
成了內部電路短路，從而ＰＬＣ 模塊損壞導致程序丟
失，調速器工作異常。更換了ＰＬＣ 和電池后，并重新
５１
水電與新能源２０１４ 年第８ 期
下載了原來備份的１７Ｆ 調速器程序及參數，調速器恢
復正常。
在案例３，當日５：４７，監控系統報“０Ｆ 電調故障”、
“０Ｆ 導葉中接故障”，０ 號機有功出力逐步下降至零，
最大時進相１０ ＭＷ，見圖３。
圖3　0Ｆ 溜負荷時歷史曲線
　　故障一覽表：
０５：４７：５３ ０Ｆ 電調故障動作；
０５：４７：５４ ０Ｆ 導葉中接故障動作；
０６：２５：２１ ０Ｆ 電調故障復歸；
０５：４７：５４ ０Ｆ 導葉電手動動作；
０６：１２：３７ ０Ｆ 發電機有功功率越低低限。
３　溜負荷事故的過程分析
3．1　19Ｆ 溜負荷過程分析
０９ －１１Ｔ １６：２８：３４，１９Ｆ 溜負荷，事后從上位機調
歷史曲線發現：
１）溜負荷時導葉中接、輪葉中接、導葉主接、輪葉
主接均出現回關，沒有出現機械發卡異常的現象。
２）ＡＧＣ 設值當時沒有變，為１２３ ＭＷ（歷史曲線及
ＡＧＣ 操作一覽表中顯示），微調當時也未動作。
３）機組在溜負荷后未進入一次調頻狀態，水頭下
發值也沒有變化。
４）調速器觸摸屏顯示調速器也沒有故障，導輪葉
均在自動位置，沒有進行手自動切換。
５）在調速器事件記錄中可以看到在２８：２８，也就
是在溜負荷之前的一段時間，調速器一直在接收遠方
ＬＣＵ 減負荷的命令，從記錄上看到在２ ｍｉｎ 內（從
２６：３４ －２８：２８）一共收到２１ 次減負荷命令，但導葉和
負荷變化不大；溜負荷的過程中并沒有收到遠方減負
荷的命令，但導葉給定開度、導／輪葉開度和負荷短時
間內又有巨幅變化。直到２９：３５，負荷增加時，又開始
收到遠方增負荷的命令。
3．2　17Ｆ 溜負荷過程分析
事故發生后，從歷史一覽表和歷史曲線可以看到
在１９：１５ 時，調速器與監控系統通訊中斷，監控系統已
經無法記錄到導葉開度和輪葉開度等測值。在１９：１５
時，１７Ｆ 導葉和輪葉均已經切到了手動，但在１９ 點４３
分時，輪葉切回自動，調速器這之后就開始溜負荷，在
１９：５３ 時，輪葉又切回手動，調速器就停止溜負荷。
在ＨＯＭＩＳ 上查詢當時的導葉和輪葉主接的動作
情況，可以看到１７Ｆ 有功的變化與輪葉主接的變化一
致，而導葉主接一直保持在６０％的開度未變。因此，
這次調速器溜負荷根本原因是輪葉開度變化所致。
3．3　0Ｆ 溜負荷過程分析
導葉主接傳感器故障前后機組負荷和導葉開度關
系見表１。
從表１ 和“導葉開度、輪葉開度和負荷曲線圖”發
現，５：４７：５１ 電調導葉主接傳感器（供電調閉環調節、
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劉清華，等：大型水電站機組溜負荷原因的探討２０１４ 年８ 月
協聯使用）故障，導葉主接開度測值由７２．３％突變到
１０３．１％，５：４７：５４ 導葉切手動并開始往回關，同時報
“電調故障”、“導葉中接故障”，５：４８：４２ 導葉關至
４２．２％，有功為３．０ ＭＷ；６：２４：３６ 導葉關到１９．１％，輪
葉開到９９．５％，有功進相到－１１．０ ＭＷ。
表1　導葉主接傳感器故障前后機組負荷和導葉開度關系表
時間
負荷
／ＭＷ
導葉開度
／％（ＬＣＵ）
導葉開度
／％（電調）
輪葉開度
／％
０５：４７：５０ 前 １７．０ ７２．１ ７２．３ ７２．０ ０５：４７：５１ １７．１ ６５．６ １０３．１ ７２．１ ０５：４７：５５ １５．４ ４３．２ １０３．８ ７１．８ ０５：４７：５６ ９．２ ４３．２ １０３．８ ７１．８ ０５：４８：４２ ３．０ ４２．２ １０７．９ ７５．２ ０５：４８：４４ ３．３ ４２．２ ４８．１ ７５．１ ０５：５１：２８ １．６ ３８．４ ３９．２ ７４．８ ０５：５３：５２ ５．３ ３６．８ １０４．９ ８．２ ０６：２４：３６ －１１．０ １９．１ １０４．９ ９９．５ ０６：２７：３３ ９．８ ４３．９ ５０．８ ３１．６ ４　故障分析及對策
從上述案例發生的過程可以看出，機組溜負荷的
原因有電氣和機械兩部分。從電氣的角度看，如果機
組溜負荷直接命令應該來自電調速器，電調故障引起
溜負荷又可分為導葉主接傳感器故障和一次調頻動
作。機組導葉開度采用閉環調節，ＰＬＣ 直接從導葉主
接位置取得反饋值進行計算，再向步進電機下達開、關
調節命令［２］ 。如果導葉主接故障，使傳感器輸出的反
饋開度值大于實際導葉開度，電調就會一直下達關導
葉的命令，導致溜負荷。從案例１ 來看，機組溜負荷
時，主站的歷史數據和調速器的事件記錄顯示主站并
未下發命令；調速器在溜負荷前１ ｍｉｎ ５４ ｓ 收到遠方
２１ 次減負荷而調速器導／輪葉中接幾乎沒有變化，造
成命令累積效應導致大幅度溜負荷。從案例２ 來看，
機組溜負荷是由調速器ＰＬＣ 電池損壞后造成ＰＬＣ 模
件故障和程序異常引起的，歸根到底都是由于電氣調
速器故障引起的。從機械的角度看，調速器導葉主配
發卡是造成機組溜負荷的一種常見情況，當調速器關
導葉命令結束后，主配活塞應復中，如果這時候主配發
卡，主供油源和主接力器關腔油路并未完全隔斷，壓力
油進入接力器關腔關閉導葉引起機組溜負荷［３］ 。從
案例３ 看，０Ｆ 步進電機設置機械自復中裝置，正常時
零位很難調整準確，機械零點常常處于偏關的位置，導
葉（輪葉）在手動狀態下會向關方向緩慢關閉。本次
調速器導葉切手動后，導葉開度快速地由７２．１％關到
４３．４％，然后緩慢關至１９．１％，所以機組協聯異常，效
率降低，引起機組進相。
５　結　語
綜上所述，水輪機組溜負荷有電氣和機械方面的
諸多原因，針對出現的不同問題，可采取以下措施：
１）針對主配發卡、導輪葉中接跟隨滯后等機械原
因引起的溜負荷，應選用動作特性較好的比例伺服閥，
定期對比例伺服閥檢修維護；同時，若調速器用油中存
在較大雜質，也會引起比例閥與伺服缸卡阻，使其不能
很好復中，造成溜負荷，要避免此種情況，可以將調速
器用油過濾一遍，定期更換濾網，并建立設備試驗更換
制度。
２）針對因繼電器、集成板、硬件模塊等引起的故
障，應加強對軟硬件設備的巡視檢查，及時對存在異常
的設備處理更換，杜絕因調速器電氣柜內板塊故障或
接觸不良引起的機組溜負荷。總之，只有通過不斷地
技術改造和設備升級，處理和解決調速器存在的機械、
硬件、軟件程序的缺陷，改善機組運行環境，才能徹底
解決機組溜負荷的頑疾，確保機組安全、經濟、穩定
運行。
參考文獻：
［１］魏守平．現代水輪機調節技術［Ｍ］．武漢： 華中科技大學
出版社， ２００２
［２］王葵， 孫瑩．電力系統自動化［Ｍ］．北京： 中國電力出版
社， ２００７
［３］王軍．自動控制原理［Ｍ］．重慶： 重慶大學出版社， ２００８
５３

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