機組導葉空載位置信號抖動的后果及處理措施

張磊，劉軒宇

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責任公司，浙江天臺317200）

機組導葉空載位置信號抖動的后果及處理措施

張磊，劉軒宇

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責任公司，浙江天臺317200）

抽水蓄能電站在電網(wǎng)中主要承擔調峰、調頻、填谷以及事故備用的作用。而抽蓄電站機組在正常穩(wěn)定運行當中，如果在導葉空載情況下分開關，會導致甩負荷現(xiàn)象出現(xiàn)，致使機組各設備零器件出現(xiàn)隱患。本文主要針對某抽水蓄能電站4號機組在發(fā)電運行期間或者抽水運行期間，偶發(fā)的機組導葉空載位置信號抖動進行相關原因分析，并針對該信號所可能導致的機組停機甩負荷，進行事故預想以及提出針對性的解決方案。可直接減少對主設備的不良損耗，提高機組穩(wěn)定運行的可靠性，并為日后工作積累重要的經(jīng)驗。

抽水蓄能電站；導葉空載；甩負荷

1 引言

抽水蓄能電站機組組成主要分為發(fā)電機組和水泵水輪機組。水泵水輪機主要有主軸、轉輪、導軸承、主軸密封、導水機構、頂蓋、蝸殼、座環(huán)、底環(huán)、尾水管等部件構成。其中導葉作為導水機構重要組成，在機組運轉中直接承擔著調節(jié)機組轉輪室流量、進而控制機組轉速、頻率和機組出力方面的重要作用。而導葉的空載開度則為機組達到額定轉速后投入電網(wǎng)的瞬間，導葉所達到的開度。由于不同機組間設備情況不同，導致不同機組的導葉空載開度也不同。

2 信號抖動現(xiàn)象及產(chǎn)生的原因

某日電廠按計劃曲線準備發(fā)電，當日電廠運行情況為500 kV線路分段運行，1～4號變壓器空載運行，1～4號機組停機備用狀態(tài)。4號機組在按計劃發(fā)電開機達到發(fā)電穩(wěn)態(tài)后監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常信號（表1）。

表1.

機組導葉空載位置信號為一個安裝在導葉控制環(huán)上的行程開關所上送的位置信號，在機組開停機期間，其隨導葉達到特定的開度而動作復歸，來判斷機組導葉空載、負載位置。行程開關常見問題故障有：行程開關位置觸頭故障、松動，或者接線松脫均會導致行程開關無法正確上送信號。行程開關的機械裝置故障，無法準確反饋設備實際位置。經(jīng)現(xiàn)場人員檢查后發(fā)現(xiàn)，此次信號抖動是已投用的行程開關存在安裝位置松動，需現(xiàn)場重新調整4號機導葉空載位置行程開關安裝位置。

3 信號抖動可能導致的后果

行程開關故障導致機組停機時發(fā)生導葉空載位置信號抖動，如若廠站值班人員未能及時發(fā)現(xiàn)該信號是否復歸，會導致機組在執(zhí)行停機流程時，機組開關分閘條件在機組負荷降低至額定值時便滿足，機組在負載情況下直接分開關，特別是在機組發(fā)電工況下，帶負荷分開關會造成機組甩負荷。水輪機發(fā)生甩負荷后，巨大的能量會使機組轉速上升很快。由于機組出現(xiàn)甩負荷導致機組轉速、蝸殼壓力瞬時增加，尾水管壓力降低或者真空度變大，導葉的迅速關閉會使壓力鋼管壓力瞬時增加，存在壓力鋼管爆裂危險，所以甩負荷會給機組造成巨大損害。在機械方面：過高的轉速可能達到機組的飛逸轉速，導致機組機械保護動作；機組的大軸、水輪機頂蓋連接緊固件出現(xiàn)松動；機組的振動、擺度檢測部位出現(xiàn)異常等。在一次方面：可能導致機組發(fā)電機磁極、磁軛的松動。

該抽蓄電廠機組在正常停機時，不同工況下停機有不同的停機邏輯：

（1）發(fā)電工況下停機，會采取先減機組有功的方法，當機有功降至30 MW以下且此時機組導葉空載位置信號收到時，機組會進行分開關與系統(tǒng)解列。若機組停機時，負荷還未降至30 MW以下而導葉空載位置已經(jīng)滿足，此時邏輯便會繼續(xù)執(zhí)行，導致帶負荷分開關，致使機組出現(xiàn)甩負荷現(xiàn)象。

（2）抽水工況下停機，當機組有功絕對值小于185 MW或者達到導葉全關位置，會執(zhí)行下一步分機組開關與系統(tǒng)解列。如果在停機時機組未減有功絕對值，而導葉全關位置已經(jīng)滿足，機組同樣會出現(xiàn)停機時甩負荷現(xiàn)象。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)機組不論發(fā)電工況還是抽水工況下停機，機組的停機邏輯仍不完善，存在下列隱患：

（1）機組在發(fā)電停機時，導葉空載位置信號由導葉控制環(huán)上的一個行程開關送出，如若該行程開關出現(xiàn)故障，導致信號誤發(fā)，會使機組在出力未降低至設定值時便滿足了機組分開關條件，機組出現(xiàn)帶負荷分開關的問題。

（2）機組在抽水停機時，由于機組的導葉全關位置信號同樣存在誤發(fā)可能，此時如若機組有功絕對值大于185 MW，會滿足反饋條件，仍會導致機組發(fā)生停機甩負荷。

（3）經(jīng)監(jiān)控信號顯示，機組運行在發(fā)電或抽水穩(wěn)定工況下，機組誤發(fā)的導葉空載信號為正常信號，非報警信號，不易引起監(jiān)控人員注意。

4 針對隱患問題在監(jiān)控邏輯與硬布線控制系統(tǒng)中采取的措施

目前針對機組可能由于信號抖動導致機組在負載期間出現(xiàn)導葉空載信號誤送致使機組在停機時甩負荷，可采用的改進方法有：

（1）電站值班室人員在監(jiān)盤期間如若發(fā)現(xiàn)機組異常信號應采取必要措施防止機組甩負荷情況發(fā)生：

1）機組在發(fā)電工況負載期間發(fā)出導葉空載信號，上位機值班人員應及時核對計劃停機時間，在滿足機組發(fā)電計劃后，將機組控制方式切至單機，并手動將機組有功調至30 MW以下，待機組有功反饋值已達到30 MW以下，上位機再下達機組停機令，并安排現(xiàn)場人員仔細檢查機組停機情況，如若出現(xiàn)異常情況，及時反映給上位機值班人員。

2）機組在抽水停機時出現(xiàn)導葉關閉異常信號，應及時將問題機組控制方式切至單機控制方式，在機組滿足計劃曲線后，上位機值班人員手動將機組有功調制至絕對值185 MW以下，待機組有功反饋值達到標準，下達機組停機令，并密切監(jiān)視機組停機情況。

然而此種情況目前仍存在解決弊端：

機組在正常停機時，會發(fā)“4號機振動擺度裝置設定值切換——動作”這個信號，該裝置為安裝在機組上的VM600振擺測定裝置，用來監(jiān)測機組在各個工況下的振擺信號。機組發(fā)電開機，以GCB合閘為判別點，即GCB和閘后，會發(fā)“振動擺度裝至設定值切換——復歸”此時即判別為機組已達到穩(wěn)態(tài)。而機組在非穩(wěn)態(tài)工況模式下，即工況轉換時，例如發(fā)電停機時，為防止機組因成組控制機組有功降低而導致的機組振動增加，致使機組振動過大跳機，此時機組振擺值為機組穩(wěn)態(tài)工況下的1.5倍，即所發(fā)信號“振動擺度裝置設定值切換——動作”。正常停機下4號機機組下導的振動曲線見圖1。

圖1.導“X”方向擺度振動曲線

由曲線圖可觀察到，4號機在下午低水頭下停機時，機組下導“X”方向擺度明顯增加，超過穩(wěn)態(tài)工況下跳機數(shù)值的480μm，所以可得出結論，在機組發(fā)電穩(wěn)態(tài)運行工況模式下，特別是在下午低水頭情況下停機時，上位機值班員如若需采取人為干預機組有功，而此時由于機組停機令仍未發(fā)出，機組振動擺度裝置設定值會動作，機組因有功的大量減少導致機組振動，振動超過跳閘值時，機組仍然存在甩大約25%負荷風險。

由曲線圖2可知在4號機組正常停機達到跳閘值時，機組仍然有＞80 MW的負荷。

故雖然經(jīng)人為干預，使機組在出現(xiàn)導葉空載信號抖動情況后降負荷，但仍然存在可能甩25%負荷的情況，故在此情況下停機后，現(xiàn)場人員應仔細檢查機組主設備各個部位情況，防止出現(xiàn)設備隱患。

圖2.號機組停機下導X方向擺度振動與有功曲線以及機組開關分閘時間節(jié)點曲線圖

（2）在機組的導葉控制環(huán)上，對目前在用的導葉空載位置行程開關進行位置檢查，校核其安裝位置的準確性，并加裝一個備用導葉空載位置行程開關，將兩個導葉空載位置行程開關動作位置調整至同步，并在硬布線中，將兩個行程開關采取串聯(lián)方式連接。這樣即使一個行程開關出現(xiàn)故障，也不會引起導葉空載信號誤發(fā)，導致機組出現(xiàn)停機甩負荷現(xiàn)象。

將圖3中右側新增行程開關串聯(lián)接入圖4右側已投運行程開關142接點中。

圖3.增導葉行程開關硬布線圖

（3）在機組抽水停機流程邏輯中，為保證機組有功絕對值降至185 MW以下，防止機組因出現(xiàn)導葉全關位置誤動，致使機組帶負荷分開關，在機組停機步序5S_1中增加了18 s延時模塊，使機組在停機步序5S_1開始執(zhí)行后至少經(jīng)過18 s才會執(zhí)行下一步，這樣機組在停機過程中就有充足的時間將機組負荷減至設定值以下，以免造成甩負荷現(xiàn)象發(fā)生。

（4）機組在日常運行當中，將機組在發(fā)電工況下出現(xiàn)導葉空載位置信號或者機組在抽水工況條件下出現(xiàn)導葉全關位置信號，改為報警信號，更加容易引起監(jiān)控人員注意。

圖4.用行程開關硬布線圖

在采取相關邏輯與硬布線優(yōu)化措施后，在后期機組正常運行期間，未再出現(xiàn)相關問題，消除了因導葉位置信號抖動導致的機組停機甩負荷現(xiàn)象。

5 結論

隨著電廠機組投運時間增加，部分設備投產(chǎn)時存在的設計缺陷需在機組長時間運行后才能發(fā)現(xiàn)。本次異常情況發(fā)生后，運維人員及時對機組原始停機邏輯以及硬布線回路進行優(yōu)化，進而增加了機組運行的可靠性，消除了停機甩負荷的隱患。由于廠站設備投運時間增加，部分設備損耗，成為危害機組穩(wěn)定運行的不穩(wěn)定因素，故生產(chǎn)工作人員應在日后的工作當中做到：

（1）上位機監(jiān)盤人員應提高自身工作水平，提高自己事故處理能力，對控制信號進行歸總，對異常信號提出疑問并加以分析處理，在第一時間找出解決問題的方法。

（2）增加對現(xiàn)場機械設備情況檢查，對部分老化設備進行歸總，在巡檢期間增加對該類別設備的巡檢力度，如發(fā)現(xiàn)異常情況，應及時檢查匯報并處理。

（3）運維人員應歸總機組邏輯中不合理的地方，并舉一反三，對電站其他機組進行優(yōu)化處理。

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1672-5387（2017）09-0042-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.016

2017-06-19

張磊（1989-），男，助理工程師，從事勵磁、保護設備維護檢修工作。