水電站機組甩負荷停機原因分析及處理措施

唐紅兵

（中國水利電力對外有限公司，北京 100120）

1 工程概況

電站位于老撾首都萬象市西北，13號公路班欣合南立大橋上游約50km、板東（B.Don）北部約15km處的南立河干流上，距老撾首都萬象市公路距離約145km。電站屬大（Ⅰ）型，以水力發電為主要目標，自2010年8月1日正式商業運行，特許運營期25年。

電站采用一管雙機引水方式，通過引水隧洞、引水壓力鋼管從水庫引水，在廠房前分叉至電站兩臺混流式水輪發電機組，每臺水輪機發電機組前設備1臺DN4000、PN=1.6MPa雙重錘液控蝶閥。電站裝機容量2×50MW，多年平均發電量4.93×108kW·h。電站電能經兩回115kV線路輸出；發電機、變壓器采用單元接線；電站控制方式采用計算機監控系統，按“無人值班，少人值守”設計。

由于老撾電網總容量較小，在雷雨季節時常因雷擊造成電網故障。在近年的運行過程中，常常出現電網故障造成機組甩負荷，機組因轉速＞115%一級過速報警而啟動緊急事故停機的不正常現象。在通常情況下，機組甩負荷時，機組經過短時間過速，通過調速器及時調整，最終會穩定在發電機空載運行狀態。機組一級過速一般應只是作用于報警；只有在機組一級過速的同時，調速器失靈造成主配壓閥拒動才應該啟動緊急事故停機。若每次甩負荷都造成機組停機，對機組穩定和電站及時恢復發電運行造成較大影響。

2 原因分析

根據對之前停機過程信號記錄查詢，電站因電網故障造成機組甩負荷時，調速器已經及時響應，導葉在設定時間內已全關，信號反饋正常。因此，需對緊急事故停機流程進行檢查分析。如圖1所示，為電站計算機監控程序中關于處理轉速大于115%緊急停機程序段截圖。

電站的控制流程設計中，調速器上送計算機監控的主配位置信號取用常閉接點信號，導葉靜止或開啟時主配位置信號接通，導葉關閉過程中主配位置信號斷開。機組甩負荷時，調速器控制導葉自動關閉至全關，此時主配位置信號斷開。當機組導葉全關后，調速器主配壓閥復歸，主配位置信號接通。在導葉關閉過程中，機組轉速呈先上升再下降的拋物線趨勢。根據圖1中的程序段顯示，當機組轉速＞115%，且調速器主配位置閉合的情況下，機組緊急停機并關蝶閥流程將開始計時。若5s后機組轉速仍然保持在＞115%，且調速器主配位置信號仍處于閉合狀態，PLC將啟動緊急停機并關閉蝶閥的流程。以下分別以2015年5月2日1#機組甩負荷停機事故和2014年5月7日1#機組甩負荷至空轉事故為例進行說明，其時序圖分別見圖2、圖3。

圖1 電站計算機監控程序中關于處理轉速＞115%緊急停機程序段截圖

圖2 2015年5月2日1#機組甩負荷停機關蝶閥時序圖

根據圖2，機組在22：33：02：640時甩負荷后主配動作開始關閉導葉，機組轉速在22：33：04：447達到115%，導葉在22：33：11：130時全關，調速器主配位置信號隨即在22：33：11：940時閉合。計時5.1s后，導葉仍處于全關位置，調速器主配位置信號處于閉合狀態，機組轉速依然＞115%，此時PLC啟動了緊急停機并關閉蝶閥的流程。

根據圖3，機組在甩負荷以后，調速器主配動作將導葉全關，然后主配位置斷開，此次由于機組負荷較少，導葉開度較小，僅計時3.181s的后，機組轉速就已下降至115%以下，因此機組控制程序未啟動緊急停機關蝶閥流程，而是正常將機組維持在空載狀態。

圖3 2014年5月7日1#機組甩負荷至空轉時序圖

3 解決措施

根據以上分析，機組甩負荷后啟動緊急事故停機主要原因是機組甩負荷時，即使導葉已全關，只要機組轉速＜115%的持續時間超過了程序設定計時時間，機組PLC仍會啟動機組緊急事故停機流程。為了解決這個問題，有兩種處理方案，具體內容如下：（1）增加計時設定值，避開機組＞115%轉速的時間點；（2）在控制程序中關于轉速＞115%的處理程序段中增加一個條件，即用導葉全關信號對該流程進行閉鎖。但是若采用方案一，增加計時設定值，有可能造成調速器主配壓閥真正故障時，無法及時響應啟動緊急事故停機，增加機組安全風險。根據圖2和圖3所示，機組調速器主配位置復歸時導葉均已全關，因此可以選用導葉全關信號作為閉鎖條件。增加導葉全關信號后的流程如圖4所示。

4 結語

圖4 增加導葉全關信號后關于處理轉速＞115%緊急停機事故的流程

綜上所述，通過對機組事故停機程序的修改，并經多次實踐驗證，電站成功避免了因電網故障甩負荷而造成停機。由此可見，在關于轉速＞115%的處理程序段中，增加導葉全關信號對該流程進行閉鎖這一方案是行之有效的，可供同行工作者參考。