泰山抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)溫度保護(hù)邏輯優(yōu)化方法研究

陳 鑫，王洪博，孫召輝，白劍飛，劉曉波，谷東永

（1.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京100038）

0 引言

泰山抽水蓄能電站位于山東省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5 km，距濟(jì)南市約70 km，電站在山東電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、填谷作用，兼有調(diào)相和緊急事故備用等功能。泰安抽水蓄能電站安裝有4臺(tái)單機(jī)容量為250 MW的可逆式水泵水輪機(jī)組和發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，其正常運(yùn)行工況主要有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等4種。

泰蓄電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按照“無人值班”（少人值守）的原則設(shè)計(jì)，采用德國福伊特公司設(shè)計(jì)開發(fā)的VSHyCon CS7計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[1]。機(jī)組水機(jī)保護(hù)跳閘矩陣的設(shè)計(jì)理念采用“保護(hù)機(jī)組為主，保護(hù)電網(wǎng)為輔”的原則，機(jī)組跳機(jī)條件多，機(jī)組跳機(jī)次數(shù)多。針對(duì)原機(jī)組流程跳機(jī)條件，經(jīng)過分析泰蓄現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)并結(jié)合國網(wǎng)新源公司《機(jī)組機(jī)械保護(hù)自動(dòng)化元件（裝置）動(dòng)作邏輯指導(dǎo)意見》、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32894-2016《抽水蓄能機(jī)組工況轉(zhuǎn)換技術(shù)導(dǎo)則》以及其他抽蓄電站的跳機(jī)條件,從溫度、壓力、流量等方面進(jìn)行優(yōu)化。本文介紹了對(duì)泰蓄原有溫度保護(hù)所做的優(yōu)化措施。

1 溫度保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

泰蓄電站（以下簡稱“泰蓄”）機(jī)組溫度保護(hù)涉及到的保護(hù)點(diǎn)包括：上導(dǎo)軸承瓦溫、推力軸承瓦溫、下導(dǎo)軸承瓦溫、水導(dǎo)軸承瓦溫、上導(dǎo)軸承油槽溫度、推力和下導(dǎo)軸承油槽溫度、水導(dǎo)軸承油槽溫度、定子繞組溫度、定子鐵心溫度、主軸密封溫度、主變油溫、止漏環(huán)溫度、調(diào)速器壓力油罐油溫、勵(lì)磁變壓器溫度。

泰蓄電站機(jī)組原溫度保護(hù)采用單級(jí)越限和單點(diǎn)跳機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)，即采用如下方式：各測(cè)溫點(diǎn)通過硬接線接入PLC溫度量輸入模件后送到PLC處理單元（RTD方式），在PLC處理單元經(jīng)過程序處理。若某個(gè)測(cè)點(diǎn)值大于報(bào)警值，則發(fā)信號(hào)報(bào)警；大于跳機(jī)設(shè)定值，則發(fā)信號(hào)啟動(dòng)跳機(jī)程序并送硬件跳機(jī)回路跳機(jī)。溫度保護(hù)邏輯：上導(dǎo)軸承瓦溫、下導(dǎo)軸承瓦溫、推力軸承瓦溫單個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度值超過停機(jī)值（85℃），延時(shí)（15 s）觸發(fā)機(jī)械事故跳機(jī)流程；水導(dǎo)軸承瓦溫單個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度值超過停機(jī)值（70℃），延時(shí)（15 s）觸發(fā)機(jī)械事故跳機(jī)流程；定子繞組單個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度超過停機(jī)值（135℃），延時(shí)（15 s）觸發(fā)電氣事故跳機(jī)流程；定子鐵心單個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度超過停機(jī)值（135℃），延時(shí)（15 s）觸發(fā)電氣事故跳機(jī)流程；勵(lì)磁變壓器單個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度超過停機(jī)值（145℃），延時(shí)（15 s）觸發(fā)機(jī)械事故跳機(jī)流程；主軸密封單個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度超過停機(jī)值（40℃），延時(shí)（15 s）觸發(fā)機(jī)械事故跳機(jī)流程；止漏環(huán)單個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度超過停機(jī)值（45℃），延時(shí)（15 s）觸發(fā)機(jī)械事故跳機(jī)流程。

2 溫度保護(hù)邏輯優(yōu)化方法

原溫度保護(hù)系統(tǒng)采用單級(jí)越限和單點(diǎn)跳機(jī)的方式，很多時(shí)候由于自動(dòng)化元器件松動(dòng)、自動(dòng)化元器件故障、虛假報(bào)警等導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行，不利于電網(wǎng)穩(wěn)定。

綜合上述現(xiàn)象，采用以下優(yōu)化措施降低機(jī)組誤跳概率：

（1）將單級(jí)越限改為兩級(jí)越限方式，溫度超過第一級(jí)限值時(shí)，發(fā)報(bào)警信號(hào)；溫度超過第二級(jí)限值時(shí)，發(fā)跳機(jī)信號(hào)。

（2）將單點(diǎn)跳機(jī)方式改為N取2跳機(jī)方式，降低單一測(cè)點(diǎn)由于元器件松動(dòng)或故障造成機(jī)組跳機(jī)的概率。機(jī)組推力軸承、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、定子繞組、定子鐵心、主軸密封水、止漏環(huán)的溫度測(cè)值不再采用單一測(cè)點(diǎn)超過跳機(jī)限值就觸發(fā)機(jī)組跳機(jī)流程的方式，而是采用N取2的方式，即同一部件中任意兩個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度值超過跳機(jī)限值就觸發(fā)跳機(jī)流程，如機(jī)組推力軸承瓦溫任意兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度值超過跳機(jī)限值觸發(fā)機(jī)組跳機(jī)流程。

（3）溫度保護(hù)系統(tǒng)引入梯度報(bào)警。溫度傳感器在引入溫度量模塊之前，經(jīng)過了焊接、端子、卡件等環(huán)節(jié)，任何一處接觸不良，均會(huì)導(dǎo)致溫度值突變，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)[2]。為了避免溫度測(cè)值異常變化導(dǎo)致機(jī)組誤動(dòng)，引入梯度報(bào)警閉鎖溫度保護(hù)跳機(jī)出口功能。如果溫度在短時(shí)內(nèi)發(fā)生的變化超過預(yù)設(shè)范圍，認(rèn)為該溫度測(cè)點(diǎn)異常，發(fā)出溫度變化異常告警信號(hào)，在變化異常情況下測(cè)點(diǎn)值不予采信，避免由于自動(dòng)化元器件異?；蛘咄獠扛蓴_導(dǎo)致的測(cè)點(diǎn)值突然增大引發(fā)機(jī)組誤跳的情況。

（4）設(shè)置閉鎖功能，啟用溫度量模塊的故障診斷功能，在溫度量通道出現(xiàn)故障時(shí)溫度保護(hù)模塊閉鎖該通道測(cè)點(diǎn)值并發(fā)報(bào)警信號(hào)。

（5）對(duì)于上導(dǎo)軸承油槽溫度、推力和下導(dǎo)軸承油槽溫度、水導(dǎo)軸承油槽溫度、主變油溫、調(diào)速器壓力油罐油溫、勵(lì)磁變壓器溫度這些溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)值越限信號(hào)只觸發(fā)報(bào)警，不觸發(fā)跳機(jī)流程。

（6）軸承瓦溫保護(hù)是機(jī)組溫度保護(hù)系統(tǒng)重要的組成部分。考慮到軸承瓦溫保護(hù)的重要性，將原系統(tǒng)中軸承瓦溫超過跳機(jī)限值延時(shí)15 s后跳機(jī)改為軸承瓦溫超過跳機(jī)限值延時(shí)10 s后跳機(jī)。

（7）溫度保護(hù)系統(tǒng)溫度測(cè)值越跳機(jī)限值后觸發(fā)的跳機(jī)流程全部統(tǒng)一為機(jī)械事故跳機(jī)。

3 溫度保護(hù)邏輯優(yōu)化措施

泰蓄機(jī)組溫度保護(hù)采用第2節(jié)所述的優(yōu)化方法后，優(yōu)化措施如下：

溫度保護(hù)跳機(jī)測(cè)點(diǎn)僅包含機(jī)組推力軸承、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、定子繞組、定子鐵心、主軸密封水、止漏環(huán)；上導(dǎo)軸承油槽溫度、推力和下導(dǎo)軸承油槽溫度、水導(dǎo)軸承油槽溫度、主變油溫、調(diào)速器壓力油罐油溫、勵(lì)磁變壓器溫度這些原跳機(jī)測(cè)點(diǎn)，只觸發(fā)報(bào)警，不再觸發(fā)跳機(jī)流程。

溫度保護(hù)增加梯度越限閉鎖功能，并且可在溫度保護(hù)模塊引腳端輸入梯度限值，可觸發(fā)跳機(jī)的測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)也可根據(jù)實(shí)際需求在引腳處輸入。目前設(shè)定的梯度限值是5 ℃/s,如果實(shí)時(shí)采集到的溫度值在1 s時(shí)間范圍內(nèi)增加5 ℃，會(huì)閉鎖跳機(jī)出口并發(fā)梯度越限報(bào)警，梯度值恢復(fù)到限值范圍內(nèi)閉鎖解除?，F(xiàn)在同一部件的溫度測(cè)點(diǎn)觸發(fā)跳機(jī)采用N取2方式，故輸入引腳處測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)設(shè)置為2。

溫度保護(hù)中增加通道閉鎖功能，在溫度量通道出現(xiàn)故障時(shí)閉鎖通道值并發(fā)報(bào)警信號(hào)。

溫度保護(hù)觸發(fā)跳機(jī)流程由原來部分部件的溫度越限觸發(fā)機(jī)械事故停機(jī)流程，部分部件（定子鐵心上齒板、定子鐵心下齒板、定子U相繞組、定子V相繞組、定子W相繞組）的溫度越限觸發(fā)電氣事故停機(jī)流程，統(tǒng)一出口為觸發(fā)機(jī)械事故停機(jī)流程。

優(yōu)化后作用于機(jī)組跳機(jī)的溫度保護(hù)測(cè)點(diǎn)見表1。

表1 泰蓄機(jī)組機(jī)械事故、電氣事故跳機(jī)條件表

優(yōu)化后的溫度保護(hù)功能塊如圖1。

圖1 推力軸瓦溫度保護(hù)功能塊圖

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4 結(jié)語

通過對(duì)機(jī)組溫度保護(hù)模塊的邏輯優(yōu)化，使得測(cè)溫元器件故障而觸發(fā)的誤跳機(jī)概率大為降低，提高了機(jī)組跳機(jī)動(dòng)作的可靠性，保障了電廠的安全可靠運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的意義。