防止水機保護誤動與拒動的措施

唐亞波，倪宏偉

(1. 重慶大唐國際武隆水電開發有限公司，重慶400715;2. 國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙410007)

當水輪發電機組發生某些可能引發嚴重后果的故障，使機組運行參數達到一定限值時，水機保護系統可自動啟動安全裝置、執行切機操作，來保證事故不再惡化和擴大。隨著水電廠自動化設備和計算機監控系統的成熟發展，水電廠自動化程度越來越高，機組的可靠性、安全性得到了很大的提高。但水機保護誤動和拒動的情況還時有發生，如何防止水機保護誤動、拒動成為各個水電廠面臨的一個巨大難題和挑戰。

1 水機保護誤動及拒動原因分類

1.1 自動化元件故障

因自動化元件故障誤發信號而造成的水機保護誤動、拒動占的比例比較大，主要原因是質量不可靠、無冗余配置、元器件老化。

1.2 設計、安裝、調試存在缺陷

許多水電廠在水機保護系統設計、安裝和調試時存在缺陷，造成水機保護誤動或拒動。主要表現為未考慮冗余設計、控制邏輯不完善、自動化設備選型不當等方面。

1.3 水機保護二次回路短路、斷路

主要原因為電纜老化絕緣破壞、接線柱進水、空氣潮濕腐蝕、接線松動等引起。

1.4 人為因素

因人為因素引起的保護誤動大多是由于檢修人員走錯間隔、看錯端子排接線、強制信號錯誤等誤操作引起。

2 防止水機保護誤動、拒動技術措施

2.1 溫度保護

2.1.1 優化測溫電阻選型

水電廠測溫電阻元件工作環境惡劣，長期浸泡在油中，造成故障率很高。因此在測溫電阻選型上宜采用A 級鉑電阻Pt100，應有良好的線性和防潮性能，宜三線引出〔2〕。用于軸瓦的測溫電阻其引出線應具有防油性能，宜采用一體化網狀屏蔽、全鎧封裝工藝，不宜采用尾部連接器的結構，結合部位應加裝保護裝置，如錐形彈簧保護管、波紋管、鎧裝絲延伸保護等。

2.1.2 正確安裝

1)測溫電阻頭引出線應在瓦座上就近固定，并留有軸瓦最大位移行程的自然曲伸長度，不宜過緊，以免發生導線拉扯;也不宜過長，以免油流沖擊攪動造成導線扭折疲勞斷線。

2)布置于槽內的測溫導線應順沿油流方向敷設，以免產生油流的剪切力，且導線不得隨意跨越油冷卻器或固定綁扎在油冷上，不得被硬物擠壓，以免扭折疲勞或磨損斷線。

3)測溫導線的設計和安裝應優化線路方案，盡量減少測溫中轉端子。宜在各油槽外殼和發電機座就近安裝測溫端子箱，通過專用測溫電纜直接引接至溫控儀或測溫柜。

4)測溫系統布線應將強弱電回路分開布置，測溫導線的屏蔽線應可靠地接到公共接地端。

2.1.3 優化控制回路及控制邏輯

在硬回路水機保護中，同一軸承的鄰近兩塊瓦對應的兩個數字溫控儀事故停機輸出接點宜串聯，再輸出啟動事故停機，如圖1 所示。

圖1 溫度保護硬回路串聯邏輯

在PLC 水機保護中可采用“兩或一串”的方式，即在現地LCU 程序中用同軸承瓦溫模擬量進行組合輸出一個事故停機點BT3 (Ⅱ)，與同軸承兩塊瓦對應的數字溫控儀的過高報警輸出接點進行組合，經延時后啟動事故停機流程，如圖2 所示。例如某電廠推力軸瓦有20 塊瓦，可在現地LCU 中進行組態采用“20 取N 模式” (20 個瓦溫信號任意N 塊大于事故停機溫度設定值即輸出事故停機接點BT3 (Ⅱ))。

圖2 溫度保護PLC 水機保護“兩或一串”邏輯

同時在組態中應增加模擬量品質檢測、熱電阻松動報警及閉鎖功能。

2.2 過速保護

2.2.1 優化過速保護邏輯

1)串接斷路器分閘接點

一級過速保護是指當機組甩負荷，轉速上升到110%～115%額定轉速，調速器主配壓閥拒動時執行。因此一級過速應串接發電機出口斷路器或主變高壓側斷路器的分閘接點。

2)電氣過速采用“三選二”方式

對于機組電氣過速應采用三取二的邏輯判斷方式，其輸入信號必須取自不同的信號源〔3〕。可安裝3 臺轉速測量裝置，每臺裝置均同時接受齒盤和殘壓2 種信號，正常時以齒盤信號為主，殘壓信號作為備用。每臺轉速測量裝置輸出一對過速接點(分別為N1，N2，N3)，如圖3 (a)所示。再通過3 個繼電器進行擴展輸出(分別為KA1，KA2，KA3)，構成“三選二”的邏輯判斷回路，如圖3(b)所示。

圖3 電氣過速“三選二”方式

2.2.2 完善機械液壓過速保護裝置

純機械液壓過速保護裝置作為水輪發電機組過速的最后一道保護屏障，其重要性不言而喻。其工作原理是利用固定在水輪發電機組大軸上離心飛擺，當機組轉速上升使得飛擺離心力大于彈簧的作用力，飛擺產生向外的位移，動作于液控閥和電氣微動開關。一方面實現對液控閥油管油路的切換，迅速接通緊急停機油路，使機組事故配壓閥動作，從而迅速停機;另一方面電氣微動開關動作后發信號至水機保護回路，通過電氣回路實現緊急停機。

機組年度檢修時，手動動作離心飛擺，以檢查機械過速液壓系統及電氣限位開關功能是否正常;同時應定期對裝置進行校驗。

2.3 低油壓保護

對于油壓裝置事故低油壓保護，應該選用動作可靠的機械式壓力開關作為保護信號來源。保護邏輯應采用和過速保護相同的“三選二”方式。

2.4 軸承潤滑密封水中斷保護

目前大部分水電廠均采用主軸密封水流量中斷作為保護判據。鑒于水輪發電機組在軸承潤滑水中斷后一定時間內仍可維持運行，運行人員可以迅速做出判斷，采取補救措施，同時主軸密封水的主備水源切換需要一定的時間，所以潤滑密封水中斷保護主要防止保護誤動。

潤滑水流量中斷保護邏輯可采用潤滑水流量中斷開關量動作加模擬量超限值加潤滑水壓力越低限判據組合，如圖4 所示，延時時間應按廠家設計規定。

圖4 潤滑密封水中斷保護邏輯

2.5 機組振動擺度保護

水輪發電機組在某些特定工況運行時會短時出現機組振動擺度超標現象，同時因為安裝不規范、探頭未校驗等原因導致測量值存在誤差，目前大部分水電廠將振動擺度大跳機改為只投信號。機組振動擺度保護主要防止保護誤動。

2.5.1 確保振動擺度測量值的準確

機組振動擺度探頭應定期送至相關單位進行校驗，確保探頭質量可靠，參數滿足設計要求。

安裝必須規范，對于探頭距離調整、間隙電壓調整必須滿足設計要求。探頭引出線及延伸電纜應采取加裝熱縮套管或波紋管等保護措施，防止斷線情況發生。

2.5.2 邏輯優化

振動擺度超標一般通過在線監測裝置處理后輸出停機接點至監控系統。對于振動保護，在每個軸承X 向、Y 向安裝2 只水平振動測量探頭，同時安裝一只垂直振動探頭，當3 個測量值全部達到停機值經一定延時后動作停機。對于擺度保護，在每個軸承X 向、Y 向安裝2 只擺度測量探頭，當2 個測量值全部達到停機值經一定延時后動作停機。

3 防止水機保護誤動、拒動管理措施

水機保護系統的檢修維護工作必須嚴格規范，杜絕人為因素造成保護誤動或拒動，提高水機保護系統的可靠性。

1)嚴格水機保護定值管理，定值必須由技術部門制定并頒布，應定期對水機保護定制進行核對。

2)嚴格水機保護定值、邏輯、回路更改審批手續。邏輯修改前做好程序備份工作，回路改動后必須完成圖實相符工作。

3)嚴格執行定期維護制度。檢修時必須對水機保護測量元件進行校驗，對水機保護回路進行絕緣測試，對水機保護系統進行保護傳動試驗。加強水機保護圖紙、設備臺帳、更改記錄、試驗記錄的歸檔工作。

4)加強檢修人員技術和業務培訓。檢修和運行人員應熟悉水機保護邏輯和定值，提高應對故障時的處置能力。

5)制定本單位水機保護投退管理規定，嚴格按規定進行水機保護投退操作。

4 結束語

水機保護系統是水電廠機組保護中至關重要的組成部分，通過從邏輯設計、設備選型、安裝調試、檢修維護等方面對水機保護系統進行優化和完善，提高了水機保護的可靠性，保證了機組的安全穩定運行。

〔1〕中國國家標準化管理委員會. GB/T 11805—2008 水輪發電機組自動化元件(裝置)及其系統基本技術條件〔S〕. 北京:中國電力出版社，2008.

〔2〕中華人民共和國國家能源局. DL/T 1107—2009 水電廠自動化元件基本技術條件〔S〕. 北京:中國電力出版社，2009.

〔3〕國家電力公司. 防止電力生產重大事故的二十五項重點要求〔S〕. 2000.