某水電站機組進水口快速門電源可靠性研究

錢坤 史玉超 曹歡

【摘 要】水輪發電機組進水口快速工作門的控制電源很重要，為避免發生如俄羅斯薩揚-舒申斯克水電站等因快速門無法快閉出現的重大事故，通過對快速門控制電源進行優化，提高了快速門控制電源的可靠性。

【關鍵詞】水輪發電機組;快速門;電源;可靠性

中圖分類號： TV664 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）07-0057-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.024

【Abstract】It is very important to control the power supply of the water turbine generator intake quick-acting gate. In order to avoid major accidents such as Sayan-Shushensk Hydropower Station in Russia，the reliability of the quick-acting gate control power supply is improved by optimizing the quick-acting gate control power supply.

【Key words】Water turbine generator set;Speed gate;Power supply;Reliability

0 引言

某壩后式水電站，電站進水口采用單孔壩式小進口。進水口布置有2道閘門，一道為液壓操作的快速工作門，另一道為檢修閘門。進水口檢修門僅用于快速工作門、壓力鋼管或機組檢修時擋水，由起重門機啟閉;快速工作門通過機房啟閉機構啟閉，事故狀態下，閘門利用水柱重及自重快速關閉，切斷壓力鋼管水流。快速門控制電源的可靠性對電站的安全穩定運行起著關鍵作用。其快速關閉控制回路的可靠性尤為重要。

1 快速工作門快速閉門的重要性

水輪機組進水口檢修門啟閉需通過起重門機進行，耗時很長，在事故時只有通過快速工作門才能及時關斷水流，避免事故擴大，造成水輪機飛逸、水淹廠房等重特大事故。快速工作門的快速關閉能力對水電站的安全十分重要，因此必須保障快速工作門快閉回路在各種風險情況下能可靠動作。快速工作門的快閉運用條件包括：

1）機組停機時，無法正常關閉導葉;

2）機組過速保護動作，關閉導葉失效時;

3）壓力鋼管出現破裂時;

4）壓力鋼管伸縮節破裂或密封損壞時;

5）機組蝸殼、錐管進人門等處出現大量冒水時;

6）機組頂蓋等處大量冒水時;

7）快速門下滑至事故位，并仍有繼續快速下滑的趨勢;

8）其他機組流道損毀大量冒水故障。

2009年8月17日，俄羅斯薩揚-舒申斯克水電站發生特別重大安全事故，損失慘重，其最重要原因就是機組進水口快速閘門未能在最短時間內關閉，截斷沖入電站廠房內的水流。薩揚-舒申斯克水電站的事故教訓告訴我們，工作門快速閉門是電廠的最后一道安全屏障，其可靠動作十分重要，必須高度重視。

2 某水電站快速門電源的原狀及存在的問題

某電站快速門快閉控制回路原設計存在安全性不足、設計冗余不夠的問題：快速門的啟動信號和控制電源來自EL.82米高程的中控室和現地機組LCU控制單元，兩路電源均位于電站廠房區域，如果廠房發生水淹、火災、地震等事故則可能導致快速閉門回路控制電源異常，甚至全部消失;以單電源模塊為快速門核心器件CPU供電，沒有冗余設計。下圖1為某水電站原設計快速門電源回路原理圖。

快閉命令發出后，繼電器KA15勵磁，常開節點閉合，繼電器KA41勵磁，常開節點閉合后動作快閉電磁閥YV2（快速閉門電磁閥）。此流程要求KA15的操作電源—機組直流、KA41的操作電源—快速門盤柜的交流電源或機組直流能可靠供電。當CPU電源模塊PS1出現故障，CPU將停止工作，無法將數據傳送至監控系統，監控系統則無法對閘門進行監控。

為保障電站安全運行，提高快速門電源的可靠性，某水電站展開了快速門電源供電可靠性的研究，主要包括增加快速門快閉回路電源和增加CPU冗余供電兩個方面。

3 提高快速門電源可靠性的措施

3.1 增加新的直流系統

在水電站壩頂區域增設一套直流220V電源系統，向快速門提供直流操作電源。現新增直流電源系統布置在壩頂區域，避免出現廠房區域電源設施被水淹電源消失的情況，確保了電氣控制的可靠性。

3.2 增加新的快速閉門回路

在每個快速門至中控室新增設一路硬接線方式的快速閉門回路，回路的操作電源由新設的直流220VDC提供，快速閉門操作按鈕安裝在中控室返回屏。增加一路遠方中控室快閉信號，保證事故情況下，快閉命令的動作，提高了快閉的操作可靠性。

3.3 CPU增設冗余電源

每個快速門電控系統CPU由單一電源模塊增設成雙電源模塊（冗余方式），兩電源模塊分別輸入220VAC及220VDC。220VDC由新增的直流系統和機組直流切換后提供。CPU的供電可靠性顯著提高。

3.4 新增快閉控制回路從動控制繼電器KA44

為防止快閉控制回路重要控制繼電器KA41拒動，特增加從動控制繼電器KA44，提高快速閉門控制回路的可靠性。

3.5 24VDC控制電源的冗余

將開關電源G1、G2輸出的24V電源通過ABB SS832電源模塊冗余后再輸出24V電源，起到兩路開關電源隔離的作用，防止1路24V輸出短路而影響另外1路24V的正常工作。

改造后的快速門電源回路如圖2所示。

4 快速門電源改造后的效果評估

某水電站機組快速門改造實現四“冗余”，即將新增的直流電源同機組直流電源進行冗余，將新增的遠方快閉回路同現有的遠方快閉回路進行冗余，對CPU供電模塊進行冗余，24VDC控制電源的冗余。在機組直流電源消失，廠用電消失，或二者同時消失時，由于有新增直流電源的支持，快速門24VDC控制電源和遠方快速閉門回路220VDC控制電源均有了保障，遠方中控室仍然能實現對快速門的監視和控制，確保快速閉門的可靠操作。通過改造，有效提高了快速門電源的可靠性，即使出現極端情況，快速門仍處于可控、在控狀態，有力保障了電站的安全穩定運行。

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