水力發電機組緊急事故停機負荷處理方案分析

彭德民，王明軍，劉德龍，陳 沖

（1.北京中水科水電科技開發有限公司，北京100038；2.中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙410004）

1 引言

隨著國內水電行業的迅猛發展，水力發電已成為國家能源組成中不可或缺的重要組成部分。水電站水力發電機組的安全穩定運行不僅關系到機組自身的設備安全，更關系到電網的穩定和電廠運行維護人員的人身安全。機組在運行過程中由于設備自身問題、設備老化、設備非正常工況運行或運行人員誤操作均會導致機組故障、機組事故的發生。為防止發生重大的水電站事故，采取適當的安全技術措施，保證水力發電機組的安全穩定運行，是水電廠設計、建設及運行維護過程中的重中之重。

在機組事故或機組故障情況下如何避免事故進一步擴大，確保機組在較短的時間內切除事故點并停運至安全狀態是每一個水電設計關注的重點。在機組順序控制中，緊急停機回路作為其重要組成部分，是機組發生事故時安全可靠停機的重要保證，機組緊急停機回路是水電站監控設計中一個十分重要的環節[1]。國內各水電站在機組緊急事故停機流程處理上大致相同，但在流程中的機組負荷處理方式卻不盡相同。有些電廠采用直接甩負荷的方式進行處理，有些電站采用減負荷再解列的方式進行處理，本文針對上述2種處理方式闡述了自身觀點，供其他人員參考。

2 機組緊急停機流程觸發條件、設計規范及國內常規處理方法

水力機組緊急停機信號主要包括：機組二級電氣過速信號、機組機械過速信號、機組緊急停機按鈕動作、調速器緊急停機按鈕動作、水淹廠房緊急停機信號、快速門下滑至事故位置及機組一級電氣過速時調速器主配壓閥拒動等信號。上述任一事故信號動作均應觸發機組緊急事故停機流程。

NBT35004-2013水力發電廠自動化設計技術規范對機組發生緊急事故停機時機組停機流程進行了說明。機組發生過速等事故時，緊急停機的過程為：轉速升至第一上限且調速器主配壓閥拒動時啟動過速限制器（如果未設過速限制器，則直接關閉快速事故閘門或進水閥）。若轉速升至第二上限，則關閉快速事故閘門或進水閥。在機組發出的功率減至接近零時，跳閘、滅磁、停機[2]。

國內水電廠在機組緊急事故停機過程中負荷處理上主要有2種方式（圖1、圖2）。圖1所示機組在發生緊急事故停機后，機組同時下發跳發電機出口斷路器開關、調速器緊急停機、調速器事故停機及關閉進水口事故門命令。在上述執行過程中，機組直接甩掉所帶負荷，同時切斷機組水源，在機組與電網斷開且機組導葉關閉后退出勵磁系統，投入機械制動系統后退出油、氣、水系統；圖2所示機組在發生緊急事故停機后，機組首先下發調速器緊急停機、調速器事故停機及關閉進水口事故門命令。機組所帶功率小于設定值或導葉關閉至空載位置以下時下發跳發電機出口斷路器開關命令。在上述執行過程中，首先切斷機組水源，待機組功率降到設定值時再與電網斷開，后續過程與圖1一致。

圖1 緊急停機流程甩負荷運行方式

圖2 緊急停機流程減負荷運行方式

3 緊急事故停機過程中負荷處理方式分析

機組緊急事故停機觸發條件包括人工干預因素、水淹廠房、閘門事故及機組過速等。造成上述事故原因主要劃分為機組電氣事故和機組機械事故。

當機組發生電氣事故時，電氣事故會在極短時間內對機組造成巨大傷害，為防止事故擴大，需將機組與系統迅速解列，同時由于電氣事故多半會破壞逆變滅磁的投入條件，故需要跳發電機滅磁開關[1]。此時，機組繼電保護系統迅速動作，實現機組與系統的電氣隔離。作為機組電氣事故的后備系統，監控系統同時啟動電氣事故停機流程并迅速動作跳開機組出口斷路器開關。機組甩負荷造成機組二級電氣過速情況出現時，機組緊急停機流程啟動。上述情況下，機組緊急停機流程采用圖2所示的流程盡快切斷機組水源將機組停下即可。

當機組發生機械事故時，調速器故障會導致機組短時間內轉速升高，當機組轉速超過限定值時觸發機組緊急停機流程。上述事故發生時，機組無電氣事故，從而不需要機組與系統立即實現電氣隔離，避免機組過速成為事故處理的主要矛盾。快速切斷機組水源就成為機組緊急停機流程的關鍵操作，此時應立即動作調速器緊急停機電磁閥及事故停機電磁閥并關閉機組進水口閘門。機組是否與電網解列并不影響機組水源供應，因此當機組負荷接近為零或導葉處于空載位置以下時再執行跳發電機出口 斷路器操作，使機組與電網斷開，并不會產生事故的擴大。如果機組緊急停機過程中切斷水源與跳發電機出口斷路器同時進行，機組快速甩負荷首先會對電網造成大功率突變的沖擊，同時會造成機組本身的過速或加劇過速過程，上述操作不僅影響電網的安全穩定運行，更會給機組帶來大的損壞。綜上，采用圖2所示的操作流程相對于圖1所示的操作流程在安全性上更高。

4 結論

結合機組緊急事故停機條件，緊急停機流程執行方案及其結果，本文認為機組在緊急停機過程中應按規范執行，切斷機組水源后檢測機組負荷，待機組負荷小于設定值時再跳發電機出口斷路器。水力機組事故種類繁多，機械事故、電氣事故、緊急事故均會對機組安全運行帶來影響，流程設計工作者應充分考慮每種事故觸發條件，綜合分析不同的控制流程對機組運行造成的影響，最終制定合理可行的控制流程方案，保證機組安全穩定運行。