水電站機組甩負(fù)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(fā)電為主要目標(biāo)，自2010年8月1日正式商業(yè)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(fā)電機組，每臺水輪機發(fā)電機組前設(shè)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(fā)電量4.93×108kW·h。電站電能經(jīng)兩回115kV線路輸出；發(fā)電機、變壓器采用單元接線；電站控制方式采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，按“無人值班，少人值守”設(shè)計。

由于老撾電網(wǎng)總?cè)萘枯^小，在雷雨季節(jié)時常因雷擊造成電網(wǎng)故障。在近年的運行過程中，常常出現(xiàn)電網(wǎng)故障造成機組甩負(fù)荷，機組因轉(zhuǎn)速＞115%一級過速報警而啟動緊急事故停機的不正常現(xiàn)象。在通常情況下，機組甩負(fù)荷時，機組經(jīng)過短時間過速，通過調(diào)速器及時調(diào)整，最終會穩(wěn)定在發(fā)電機空載運行狀態(tài)。機組一級過速一般應(yīng)只是作用于報警；只有在機組一級過速的同時，調(diào)速器失靈造成主配壓閥拒動才應(yīng)該啟動緊急事故停機。若每次甩負(fù)荷都造成機組停機，對機組穩(wěn)定和電站及時恢復(fù)發(fā)電運行造成較大影響。

2 原因分析

根據(jù)對之前停機過程信號記錄查詢，電站因電網(wǎng)故障造成機組甩負(fù)荷時，調(diào)速器已經(jīng)及時響應(yīng)，導(dǎo)葉在設(shè)定時間內(nèi)已全關(guān)，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(jiān)控程序中關(guān)于處理轉(zhuǎn)速大于115%緊急停機程序段截圖。

電站的控制流程設(shè)計中，調(diào)速器上送計算機監(jiān)控的主配位置信號取用常閉接點信號，導(dǎo)葉靜止或開啟時主配位置信號接通，導(dǎo)葉關(guān)閉過程中主配位置信號斷開。機組甩負(fù)荷時，調(diào)速器控制導(dǎo)葉自動關(guān)閉至全關(guān)，此時主配位置信號斷開。當(dāng)機組導(dǎo)葉全關(guān)后，調(diào)速器主配壓閥復(fù)歸，主配位置信號接通。在導(dǎo)葉關(guān)閉過程中，機組轉(zhuǎn)速呈先上升再下降的拋物線趨勢。根據(jù)圖1中的程序段顯示，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速＞115%，且調(diào)速器主配位置閉合的情況下，機組緊急停機并關(guān)蝶閥流程將開始計時。若5s后機組轉(zhuǎn)速仍然保持在＞115%，且調(diào)速器主配位置信號仍處于閉合狀態(tài)，PLC將啟動緊急停機并關(guān)閉蝶閥的流程。以下分別以2015年5月2日1#機組甩負(fù)荷停機事故和2014年5月7日1#機組甩負(fù)荷至空轉(zhuǎn)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(jiān)控程序中關(guān)于處理轉(zhuǎn)速＞115%緊急停機程序段截圖

圖2 2015年5月2日1#機組甩負(fù)荷停機關(guān)蝶閥時序圖

根據(jù)圖2，機組在22：33：02：640時甩負(fù)荷后主配動作開始關(guān)閉導(dǎo)葉，機組轉(zhuǎn)速在22：33：04：447達到115%，導(dǎo)葉在22：33：11：130時全關(guān)，調(diào)速器主配位置信號隨即在22：33：11：940時閉合。計時5.1s后，導(dǎo)葉仍處于全關(guān)位置，調(diào)速器主配位置信號處于閉合狀態(tài)，機組轉(zhuǎn)速依然＞115%，此時PLC啟動了緊急停機并關(guān)閉蝶閥的流程。

根據(jù)圖3，機組在甩負(fù)荷以后，調(diào)速器主配動作將導(dǎo)葉全關(guān)，然后主配位置斷開，此次由于機組負(fù)荷較少，導(dǎo)葉開度較小，僅計時3.181s的后，機組轉(zhuǎn)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(guān)蝶閥流程，而是正常將機組維持在空載狀態(tài)。

圖3 2014年5月7日1#機組甩負(fù)荷至空轉(zhuǎn)時序圖

3 解決措施

根據(jù)以上分析，機組甩負(fù)荷后啟動緊急事故停機主要原因是機組甩負(fù)荷時，即使導(dǎo)葉已全關(guān)，只要機組轉(zhuǎn)速＜115%的持續(xù)時間超過了程序設(shè)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(nèi)容如下：（1）增加計時設(shè)定值，避開機組＞115%轉(zhuǎn)速的時間點；（2）在控制程序中關(guān)于轉(zhuǎn)速＞115%的處理程序段中增加一個條件，即用導(dǎo)葉全關(guān)信號對該流程進行閉鎖。但是若采用方案一，增加計時設(shè)定值，有可能造成調(diào)速器主配壓閥真正故障時，無法及時響應(yīng)啟動緊急事故停機，增加機組安全風(fēng)險。根據(jù)圖2和圖3所示，機組調(diào)速器主配位置復(fù)歸時導(dǎo)葉均已全關(guān)，因此可以選用導(dǎo)葉全關(guān)信號作為閉鎖條件。增加導(dǎo)葉全關(guān)信號后的流程如圖4所示。

4 結(jié)語

圖4 增加導(dǎo)葉全關(guān)信號后關(guān)于處理轉(zhuǎn)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(jīng)多次實踐驗證，電站成功避免了因電網(wǎng)故障甩負(fù)荷而造成停機。由此可見，在關(guān)于轉(zhuǎn)速＞115%的處理程序段中，增加導(dǎo)葉全關(guān)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。