亭子口電站機組調(diào)速器系統(tǒng)的改造和優(yōu)化

馮 磊

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，以防洪、發(fā)電及城鄉(xiāng)供水、灌溉為主，兼顧航運以及攔沙減淤等綜合利用效益。工程主要建筑物有攔河大壩及泄水建筑物、左岸及右岸灌溉渠首進水塔及渠首引水隧洞、垂直升船機及電站廠房等。電站共安裝4臺單機額定容量為275 MW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量1100 MW，截至2014年5月1日，4臺機組已相繼投產(chǎn)發(fā)電。

調(diào)速器系統(tǒng)采用長江三峽能事達股份有限公司生產(chǎn)的型號為NSD-MGC4004PS-D150/6.3，PLC為施耐德M340型雙控制器比例閥+伺服電機組成的單調(diào)節(jié)型調(diào)速器，15寸彩色工控機。A機為控制伺服電機，B機為控制比例閥，互為熱備冗余，當主用機工作的同時，備用機實時采集、處理數(shù)據(jù)及故障報警，但不參與控制輸出 （僅主用機控制輸出）；當主用機出現(xiàn)大故障時，備用機能夠快速無擾動切換至主用狀態(tài)工作；雙機均有獨立的工作電源，任何一套電源故障都不會影響調(diào)速系統(tǒng)正常運行。

1 調(diào)速器開機并網(wǎng)判據(jù)的改造和優(yōu)化

1、2號機調(diào)速器并網(wǎng)判據(jù)原設(shè)計為發(fā)電機出口斷路器合閘同時5001開關(guān)合閘或5003開關(guān)合閘；3、4號機調(diào)速器并網(wǎng)判據(jù)原設(shè)計為發(fā)電機出口斷路器合閘同時5002開關(guān)合閘或5003開關(guān)合閘。針對原設(shè)計判據(jù)，目前開關(guān)站為三角形接線方式，對于1、2號機組并網(wǎng)運行時，當5002開關(guān)和5001開關(guān)由于故障或其他原因跳閘，發(fā)電機出口斷路器和5003開關(guān)仍在合閘時，機組實際已與系統(tǒng)解列，但調(diào)速器仍然判斷在發(fā)電態(tài)，容易使機組引起過速；同理對于3、4號機組并網(wǎng)運行時，當5002開關(guān)和5001開關(guān)由于故障或其他原因跳閘，發(fā)電機出口斷路器和5003開關(guān)仍在合閘時，機組實際上已經(jīng)與系統(tǒng)解列，但調(diào)速器仍然判斷在發(fā)電態(tài)，容易使機組引起過速。因此，做了如下調(diào)整:將1、2號機調(diào)速器并網(wǎng)判據(jù)改為發(fā)電機出口斷路器合閘同時5001開關(guān)合閘或發(fā)電機出口斷路器合閘同時5003和5002開關(guān)合閘；將3、4號機調(diào)速器并網(wǎng)判據(jù)改為發(fā)電機出口斷路器合閘同時5002開關(guān)合閘或發(fā)電機出口斷路器合閘同時5003和5001開關(guān)合閘。

2 調(diào)速器控制回路的改造和優(yōu)化

2.1 調(diào)速器事故停機按鈕控制回路的改造和優(yōu)化

原設(shè)計機組調(diào)速器事故停機按鈕按下不啟動水機保護回路或PLC機械事故停機回路，只是投入緊急停機電磁閥，將導葉全關(guān)，不執(zhí)行其他操作。此種設(shè)計方式存在缺陷，不利于機組在緊急情況下輔助設(shè)備的正常投退，影響機組安全穩(wěn)定運行。根據(jù)設(shè)備實際運行情況將其控制回路修改為調(diào)速器事故停機按鈕按下啟動水機保護回路 （一般事故停機）和PLC機械事故流程，機組將執(zhí)行水機流程或PLC機械事故流程停機，即投入調(diào)速器停機、跳出口斷路器、跳滅磁開關(guān)、投入調(diào)速器緊急停機電磁閥、啟動正常停機流程，各輔助設(shè)備都能正常投退。

2.2 調(diào)速器緊急停機控制回路的改造和優(yōu)化

1～4號機組調(diào)試期間，機組在電手動方式下開機空轉(zhuǎn)，模擬事故信號，緊停電磁閥動作，在電手動方式下復歸緊停電磁閥后，機組能自動開至事故前保持的導葉開度，但還存在設(shè)計上的缺陷:緊停電磁閥動作信號沒有送至調(diào)速器A套、B套PLC程序中，相應的數(shù)據(jù)未進行清零處理或者緊停動作后沒有停機令送至調(diào)速器A套、B套PLC程序中執(zhí)行停機流程處理，這容易造成在未投高頂裝置或在投風閘的情況下，導葉電手動方式下自動開啟至事故前的開度而可能導致燒瓦或風閘閘板損壞，嚴重影響機組安全運行。改造后將其回路增加1個擴展繼電器，當緊急停機電磁閥動作后，將此動作信號送至調(diào)速器A套、B套PLC程序中，由程序執(zhí)行停機流程處理將A套、B套導葉開度給定等相關(guān)數(shù)據(jù)全部清零。

3 調(diào)速器重要參數(shù)設(shè)置不當引起開機失敗或異常

3.1 人工或自動水頭設(shè)置不當引起開機失敗

（1）4號機組試運行后首次上位機自動開機至空載，監(jiān)視開機流程執(zhí)行至 “調(diào)速器開機令”，導葉開啟至16%左右時無法繼續(xù)開啟，轉(zhuǎn)速在規(guī)定時間內(nèi)無法上升至90%Ne，隨即4號機組導葉全關(guān)、4號機組開機過程復歸、監(jiān)控報 “轉(zhuǎn)速未到90%Ne以上，流程退出”；現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)PLC程序內(nèi)部自動水頭設(shè)置 4～20 mA對應0～15000 m，實際應對應0～100 m，造成水頭比實際放大150倍，當水頭切換至自動水頭時換算出水頭為9450 m，就會引起只要在自動水頭時程序認為在最大自動水頭，對應的空載開度為15.5%左右。所以自動開機時在無法開至實際水頭對應的空載開度21%左右，造成開機失敗。

（2）2號機組C級檢修于4月初完成后，開機試驗過程中，上位機發(fā)2號機組空轉(zhuǎn)令，導葉開啟至19%左右時無法繼續(xù)開啟，轉(zhuǎn)速在規(guī)定時間內(nèi)無法上升至90%Ne，隨即4號機組導葉全關(guān)、監(jiān)控報“轉(zhuǎn)速未到90%Ne以上，流程退出”，2號機組開機失敗。對調(diào)速器電氣柜觸摸屏上給定操作菜單設(shè)置進行檢查，發(fā)現(xiàn)水頭為人工水頭且設(shè)置值為75 m，而實際水頭只有65 m左右，造成在規(guī)定的時間內(nèi)無法開至65 m下對應的空載開度引起開機失敗。

3.2 比例閥參數(shù)設(shè)置不當引起調(diào)速器異常

4號機試運行過后根據(jù)調(diào)度要求負荷由225 MW減至200MW時隨后出現(xiàn)較大幅度波動，運行人員由A套切B套自動，導葉突然開至99.7%，再切換至A套自動，人為將負荷降至200 MW，恢復正常。通過對調(diào)速器B套PLC內(nèi)部程序進行檢查發(fā)現(xiàn)程序內(nèi)部比例閥配置文件設(shè)置不對，實際應為4～20 mA電流型 （中位位置12 mA），而程序中設(shè)置為0～10 V電壓型 （中位位置5 V），而比例閥內(nèi)阻經(jīng)測量為200 Ω，主配在中位時電壓應為5 V，換算得電流為25 mA，遠遠超出20 mA最大量程范圍，造成由A機切換至B機時直接給定最大開度100%。

3.3 防范措施

（1）以上幾起由于設(shè)備參數(shù)設(shè)置不當造成機組開機失敗或異常情況，暴露出機組在調(diào)試過程中存在設(shè)備隱患未及時得到溝通解決的問題，在機組交接過后遺留的缺陷也未及時處理，影響機組穩(wěn)定運行，為此，將在加強專業(yè)技能學習的同時進一步完善參數(shù)定值臺賬的管理。

（2）加強設(shè)備定期巡回工作，特別是節(jié)假日和雷雨天氣時要對重要參數(shù)加強重點巡回，將設(shè)備隱患消除在萌芽狀態(tài)。

4 結(jié) 論

通過對1～4號機組調(diào)速器控制回路的改造和優(yōu)化，對設(shè)備日常的維護管理，積極排查設(shè)備存在的隱患，及時處理，提高了機組運行安全穩(wěn)定性。

［1］孔昭年，趙坤耀，等.水輪機電液調(diào)速系統(tǒng)及其裝置技術(shù)規(guī)程［M］.北京:中國標準出版社，2004.

［2］孫邦彥，吳應文，等.水輪機調(diào)速器與油壓裝置試驗驗收規(guī)程［M］.北京:中國標準出版社，1997.

［3］鄭阿奇.施耐德PLC應用技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.

［4］鄭濤平，鄒海青，陳明泉.亭子口水利樞紐電站水輪發(fā)電機組選型設(shè)計及主要技術(shù)問題探討［J］.水力發(fā)電，2013,39（6）:21-23.