淺談張河灣電站防止機(jī)械剎車高速加閘改造

張 帆，趙 鈺，路 建，張 鑫，李永杰

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

0 引言

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣，電站總裝機(jī)容量1 000 MW，安裝4臺250 MW的單級可逆式混流水輪發(fā)電機(jī)組，以一回500 kV線路接入河北南部電網(wǎng)。電站在河北南網(wǎng)、華北電網(wǎng)承擔(dān)著調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、黑啟動等中心作用。

張河灣公司機(jī)組制動系統(tǒng)采用電氣制動和機(jī)械制動2種方式，用于機(jī)組停機(jī)過程中的增加轉(zhuǎn)動阻力，縮短機(jī)組在低轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行時間，以達(dá)到保護(hù)推力軸承和其他各部件的作用。正常情況下，電氣制動在機(jī)組轉(zhuǎn)速小于50%額定轉(zhuǎn)速時投入，機(jī)械制動在轉(zhuǎn)速小于5%額定轉(zhuǎn)速時投入。當(dāng)電氣制動被閉鎖時，機(jī)械制動在轉(zhuǎn)速小于20%額定轉(zhuǎn)速時投入。

1 機(jī)械剎車控制系統(tǒng)改造背景

在停機(jī)過程中，如果監(jiān)控系統(tǒng)或者發(fā)電機(jī)輔機(jī)控制盤誤開出“機(jī)械剎車投入”指令，則此時如果發(fā)電機(jī)在高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，機(jī)組會劇烈振動，磨損的制動閘板粉塵，將會污染發(fā)電機(jī)定子線棒，甚至于發(fā)生火災(zāi)，國內(nèi)已有同類型電站在機(jī)組運(yùn)行過程中，由于監(jiān)控系統(tǒng)PLC邏輯輸出故障，誤輸出“機(jī)械剎車投入”指令而導(dǎo)致嚴(yán)重故障。根據(jù)國網(wǎng)新源公司關(guān)于印發(fā)《抽蓄電站機(jī)械制動控制系統(tǒng)典型控制邏輯設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見（試行）》 文件中“可靠性原則第3條”內(nèi)容：機(jī)械剎車控制方式應(yīng)采取高轉(zhuǎn)速閉鎖及其他防止高速加閘的措施，控制回路中應(yīng)采用機(jī)組開關(guān)位置、導(dǎo)葉位置以及機(jī)組轉(zhuǎn)速等信號硬接點(diǎn)進(jìn)行閉鎖，避免僅采取軟件邏輯的閉鎖方式。

2 現(xiàn)有機(jī)械剎車控制系統(tǒng)

2.1 機(jī)械剎車投入控制邏輯

機(jī)組調(diào)速器測速單元ADT1000或T-ADT通過雙探頭測速齒盤采集機(jī)組轉(zhuǎn)速，輸出9個轉(zhuǎn)速開關(guān)量信號至監(jiān)控系統(tǒng)，包括＞0%、＜5%、＜20%、＜40%、＜50%、＞90%、＞95%、＞110%、＞122%。其中＞0%、＜5%、＜20%和＜50% 4個信號參與機(jī)組機(jī)械剎車的控制邏輯。

2.2 正常剎車流程

機(jī)組正常停機(jī)過程中，導(dǎo)葉關(guān)閉之后，機(jī)組會啟動正常剎車流程SQ58，在SQ58流程中導(dǎo)致機(jī)械剎車投入因素有3個：

（1）機(jī)組電氣制動正常投入，轉(zhuǎn)速＞5%；

（2）機(jī)組電氣制動投入失敗，轉(zhuǎn)速＞20%；

（3）機(jī)組高壓注油建壓不成功，轉(zhuǎn)速＞20%。

可以看出，機(jī)組正常停機(jī)過程中，在電氣制動投入之后（轉(zhuǎn)速＞50%投入），轉(zhuǎn)速＞20%之前，如果機(jī)組收到轉(zhuǎn)速＞5%，機(jī)械剎車會異常投入，導(dǎo)致機(jī)組高速加閘。

2.3 電氣剎車流程

機(jī)組在電氣停機(jī)過程中或正常剎車超時后，會啟動電氣剎車流程SQ59，SQ59流程中在球閥全關(guān)，轉(zhuǎn)速＞20%之后會投入機(jī)械剎車（投入15 s，退出7 s）。因此電氣剎車流程中，在球閥全關(guān)之后，轉(zhuǎn)速＞20%之前，如果收到轉(zhuǎn)速＞20%異常信號則會導(dǎo)致機(jī)械剎車投入，機(jī)組高速加閘。

2.4 機(jī)組蠕動流程

機(jī)組在停機(jī)穩(wěn)態(tài)或沒有任何流程在運(yùn)行時，如果收到轉(zhuǎn)速＜0%信號，則會啟動機(jī)組蠕動流程，投入機(jī)械剎車，因此啟動機(jī)組蠕動流程沒有高速加閘風(fēng)險(xiǎn)。此流程在機(jī)組PC手動轉(zhuǎn)P工況瞬間，PLC判斷不到機(jī)組狀態(tài)會啟動該流程并瞬間復(fù)歸，躲過了機(jī)械剎車啟動時間3 s延時，需要和廠家確認(rèn)該現(xiàn)象發(fā)生的原因和控制措施。

2.5 控制邏輯結(jié)論

通過以上分析可知，只有在機(jī)組停機(jī)過程中，存在高速加閘風(fēng)險(xiǎn)，考慮到雙探頭齒盤測速的穩(wěn)定性，以及＜5%和＜20%轉(zhuǎn)速信號均來自繼電器的常開節(jié)點(diǎn)，不會因?yàn)槔^電器失磁導(dǎo)致信號出口的情況，判斷這時機(jī)組發(fā)生高速加閘為小概率事件。但為防止監(jiān)控誤開出，可以在機(jī)械剎車投入電磁閥硬回路上串入一路轉(zhuǎn)速節(jié)點(diǎn)信號。

3 機(jī)械剎車控制系統(tǒng)改造原理

3.1 改造前機(jī)械剎車控制系統(tǒng)

輔機(jī)盤機(jī)械剎車控制回路在收到剎車投入指令、球閥或?qū)~全關(guān)等開關(guān)量信號后，輔機(jī)盤DO板卡開關(guān)量輸出，使5BCX繼電器勵磁，5BCX繼電器常開節(jié)點(diǎn)（1、3節(jié)點(diǎn)）閉合，導(dǎo)通5BX雙穩(wěn)態(tài)繼電器投入側(cè)勵磁，5BX繼電器投入側(cè)常開節(jié)點(diǎn)（11、12節(jié)點(diǎn)）閉合，導(dǎo)通機(jī)械剎車控制電磁閥75B勵磁，機(jī)械剎車投入。

3.2 改造后機(jī)械剎車控制系統(tǒng)

在原有輔機(jī)盤機(jī)械剎車控制回路，5BX繼電器投入側(cè)常開節(jié)點(diǎn)（11、12節(jié)點(diǎn)）上串聯(lián)一個新加繼電器常開節(jié)點(diǎn)，命名R1（與14-1X同型號OMRON MM2P-D），只有當(dāng)轉(zhuǎn)速小于20% Vn，調(diào)速器控制柜轉(zhuǎn)速繼電器RV15勵磁時，新加繼電器R1才會勵磁，其常開節(jié)點(diǎn)（1、3節(jié)點(diǎn)）才會閉合，剎車控制回路才能導(dǎo)通，以達(dá)到“機(jī)械剎車控制回路加裝機(jī)組轉(zhuǎn)速等信號硬接點(diǎn)進(jìn)行閉鎖”的要求。原理如圖1～3所示。

圖1 調(diào)速器機(jī)組轉(zhuǎn)速20%速度繼電器

圖2 輔機(jī)盤機(jī)械剎車控制回路圖

圖3 機(jī)械剎車控制回路圖

3.3 新加繼電器選型

經(jīng)查詢歐姆龍官網(wǎng)，新加繼電器R1，型號OMRON MM2P-D，節(jié)點(diǎn)耐流能力為7.5 A，控制電磁閥75B額定電壓為DC 220 V、44 W，經(jīng)計(jì)算額定電流為0.2 A，所以所選繼電器符合要求。

4 結(jié)論

隨著社會的發(fā)展，抽水蓄能電站在服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)中起著越來越重要的作用，機(jī)械剎車系統(tǒng)的安全運(yùn)行是保證機(jī)組安全快速停穩(wěn)的重要設(shè)備，本文主要分析了原有機(jī)械剎車控制系統(tǒng)存在的問題，原系統(tǒng)存在機(jī)組高轉(zhuǎn)速投剎車的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅水電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。改造后的機(jī)械剎車控制系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)閉鎖機(jī)組高轉(zhuǎn)速投入機(jī)械剎車，使機(jī)組運(yùn)行過程、停機(jī)過程的穩(wěn)定性得到了提高，達(dá)到了即使監(jiān)控系統(tǒng)切換、原有相關(guān)繼電器誤動或者輔機(jī)盤PLC控制邏輯故障導(dǎo)致誤開出“剎車投入”指令，剎車也不會誤投入目的，既保證了電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也提高了機(jī)組安全運(yùn)行的穩(wěn)定性。