一起發電機模擬電氣事故停機導葉未全關事件分析

解志 羅天貴 吳廷野 何學艷 徐曉偉

摘要：機組模擬電氣事故停機是檢驗機組停機流程、調速器、勵磁裝置、繼電保護及管路等的設計、制造和安裝質量最重要的試驗項目之一，是水輪發電機投入商業運行前的一項重要試驗。本文深入剖析一起發電機模擬電氣事故停機導葉未全關事件分析，找到事件的原因，并提出后期避免類似事件相應的處理辦法，供后期同類型水電組甩負荷時參考。

關鍵詞：電氣事故;導葉;事件分析

Abstract：Unit simulated electrical accident shutdown is one of the most important test items to test the design， manufacturing and installation quality of unit shutdown process， governor， excitation device， relay protection and pipeline. It is also an important test before hydro generator is put into commercial operation. This paper deeply analyzes an event that the guide vane is not fully closed during the simulated electrical accident shutdown of the generator， finds out the cause of the event， and puts forward the corresponding treatment methods to avoid similar events in the later stage， which can be used as a reference for the load rejection of the same type of hydropower unit in the later stage.

Keywords：Electrical accident;Guide vane;Event analysis

引言

某巨型水電站安裝12臺850MW水輪發電機機組，電站裝機容量10200MW，是國家“西電東送”的骨干電源點，左右岸各安裝6臺水輪發電機組。右岸機組額定轉速為93.75r/min，機組上游設置快速閘門，快速閉門時間3.5min，分別在中控室模擬返回屏、快速閘門現地控制柜和水輪機后備保護柜設置快速閘門閉門按鈕。機組設置三級過速保護，電氣一級過速定值為轉速大于115%額定轉速，電氣二級過速定值為轉速大于148%額定轉速，機械過速定值為轉速大于155%額定轉速，其中電氣一級過速動作&2個以上的剪斷銷剪斷則延時2S落快速閘門，電氣二級過速和機械過速動作延時1S落快速閘門。機組設置有電氣事故保護（MARK0）、一類機械事故（MARK1）和二類機械事故（MARK2）保護。其中發電機及主變電氣主保護動作后啟動緊急停機流程，一類機械事故和二類機械事故動作后啟動快速停機流程。緊急停機流程：解列——停調速器——投機械制動——投鎖定、停水導外循環系統——投蠕動探測——停高壓油系統——液壓系統，輔助設備等——機組技術供水系統運行。快速停機流程：動作緊急停機電磁閥——解列——停勵磁——停調速器——投機械制動——投鎖定、停水導外循環系統——投蠕動探測——停高壓油系統——液壓系統，輔助設備——機組技術供水系統運行。同時快速停機流程第一步（動作緊急停機電磁閥）超時（26S）&導葉空載開度以上&導葉不在關位&轉速大于115%額定轉速或者緊急停機流程第二步（停調速器）超時（26S）&導葉空載開度以上&導葉不在關位將動作調速器事故配壓閥。

模擬電氣事故停機是水輪發電機投入商業運行前一項重要實驗，是驗證水輪發電機組保護及停機流程可靠性的重要方法。某大型水電站7#水輪發電機組滿負荷運行時模擬發電機電氣事故停機時導葉未快速回關導致機組過速運行超過7分鐘。機組停機后檢查發現，由于機組高轉速持續運行約七分半，對發電機內部詳細檢查后發現發電機轉子磁極上段17個磁極拉桿絕緣墊塊松動，下段2個磁極拉桿絕緣墊塊松動，轉子大軸引線一處軟連接出現斷股。本文就事件現象、原因、處理過程及影響進行分析，提出相應的建議。

1事件經過及現象

XXXX年X月XX日00：04分7F機組滿負荷運行，導葉開度93%，00：04：24調試人員模擬發電機差動保護動作，00：04：24至00：04：27監控報出如下信息：機組緊急停機流程啟動動作、7F機組出口開關207分閘動作、直流滅磁開關S101分閘動作[1]、7F調速器停機電磁閥投入動作、7F調速器主配壓閥不在關位動作、04：27 7F機組轉速>115%動作、7F事故配壓閥投入動作。

發電機差動保護動作后緊急停機電磁閥[2]投入并在3S內調速器導葉開度由93%快速下降至63%隨后導葉回關速度降低，00：05時導葉開度回關至45%左右后回關速度進一步變慢，最終導葉開度維持在41%左右保持不變。在此過程中機組最大轉速146.95%Ne，緊接著由于導葉開度維持在41%左右，機組轉速保持在137%左右，如圖1所示。

2事件原因分析、改進措施及建議

2.1事件原因分析

按照設計發電機差動保護動作后將啟動緊急停機流程并將導葉按照設計的分段關閉規律快速回關，不應動作事故配壓閥，并且若事故配壓閥動作后導葉應快速關閉，從而防止機組長時間過速運行。調速器事故配壓閥滿足如下條件之一將動作：快速停機流程第一步動作時間>26s&導葉空載開度以上&導葉不在全關位置;緊急停機流程第二步動作時間>26s&導葉空載開度以上&導葉不在全關位置電氣一級過速;緊急停機或快速停機流程啟動&導葉空載開度以上&導葉不在全關位置&主配不在關位&電氣一級過速。

按照涉及計算機監控系統事故配壓閥自啟動流程的程序如下：緊急停機或快速停機流程啟動&導葉空載開度以上&導葉未在全關位置&主配不在關位&電氣一級過速。但在檢查事故配壓閥自啟動流程的程序時發現7F事故配壓閥自啟動流程的程序里未寫入“主配不在關位”這一條件，從而導致緊急停機過程中電氣一級過速時事故配壓閥就立即動作并聯動全關導葉，但實際導葉開度從93%左右關至41%左右后保持不變。

由于導葉開度保持在41%左右不變，機組轉速過高，防止事件進一步擴大，00：08：37調試人員采用按下水輪機后備保護柜上緊急停機按鈕來啟動水機流程并下發停機流程去動作調速器關閉導葉，按下水輪機后備保護柜緊急停機按鈕后監控二類機械事故停機標志動作，但由于其啟動快速停機流程的優先級低于電氣事故啟動的緊急停機流程，所以監控并未啟動快速停機流程，僅水機啟動了事故停機流程（停機流程啟動優先級：MARK0>MARK1>MARK2）。監控仍舊執行緊急停機流程第二步超時480s時快速閘門才會自動落快速閘門，即00：10：24時才會落門。

為了使機組盡快停下來，00：09：49調試人員按下水輪機后備保護柜上的快速閘門閉門按鈕，00：10：21 MARK0（快速閉門動作+快速閘門開度<80%）動作，由于其優先級高于電氣事故啟動的緊急停機流程，因此快速停機流程啟動，緊急停機流程復歸。當流程執行至第四步時由于調速器導葉無法回關且機組轉速也未降至20%以下，因此00：18：52快速停機流程第四步（停調速器）超時退出。

在接下來進一步檢查處理中發現機組調速器事故配壓閥油源閥本體在全關位，但監控顯示為全開位，導致事故配壓閥動作后但其壓力油源中斷導致導葉無法繼續回關。00：14左右調試人員將事故配壓閥油源閥開啟，事故配壓閥壓力油源正常，導葉開始回關至00：14：21導葉全關。事故配壓閥油源閥全關原因是事故配壓閥油源閥閥體存在內漏，安裝時對油源閥進行整體更換，但更換后閥門位置監測傳感器與閥門操作機構不匹配，因此未將位置傳感器回裝，因此并未將閥門位置實際狀態信號上送監控系統，調試人員為了滿足調速器開機要求在監控上將事故配壓閥油源閥狀態強制為全開。

由于調試人員按下快速閉門按鈕后水機后備保護PLC在執行事故停機流程，當機組轉速下降至20%以下時水機后備保護PLC開出投入機械制動命令，水機流程結束并將機組停下來。機組停機后調試人員手動單步將水導系統、高壓油系統、制動粉塵吸收裝置、油霧吸收裝置、滑環碳粉吸收裝置停運，退出制動風閘和投入蠕動探測裝置。

2.2事件改進措施

該起事件后進行以下改進措施：一是檢查所有機組事故配壓閥的自啟動程序，并進行全面驗證;二是逐一檢查調速系統主供油閥的位置反饋信號是否與閥門本體一致;三是增加一路觸發快速門快速落門的出口回路，具體邏輯如下：停調速器運行時間超過35秒&導葉空載開度以下取非&導葉全關取非&轉速大于115%額定轉速。采取以上措施后，后續的模擬保護及后期運行中再未出現類似事件，取得了較好的效果。

2.3建議

該起事件主要是監控系統事故配壓閥自啟動流程程序不完善和調速器事故配壓閥油源閥未打開所致，建議機組接管初期及檢修后調試人員要對設備狀態和保護程序全面檢查核對，檢查過程中要兩人配合并做好記錄，嚴格執行操作監護制，特別是調速器等重要的輔助設備。試驗前要對監控系統上強制的數據點全面核實，解鎖不必要的強制點，防止數據點誤強制，做好事故預想和應急預案，必要時應進行應急演練。

在試驗過程中不能過度依賴于設備自身的保護程序，要加強監視，熟悉監控系統流程圖，掌握設備動作邏輯，加強流程運行狀態的監視，及時判斷和發現事故過程中設備異常動作狀態及后果，做好手動干預的準備。比如遇到快速停機過程中若水機流程并未啟動，停機流程超時后落門并退出流程等情況時，應及時投入高壓油系統，并手動投入機械制動風閘輔助機組盡快停機，防止機組長時間在低轉速區轉動損傷軸瓦，加強監視主軸密封和頂蓋排水的運行狀態，對各轉動部位和錐管進人門等詳細檢查。事件處理告一段落后要及時檢查設備狀態，將異常設備狀態及時調整至正常備用狀態。如該事件過程中由于監控停機流程退出，僅水機流程正常動作完畢，因此大部分輔助設備無法自恢復到機組正常備用時的狀態，需人為操作。

3結語

本文詳細分析了一起發電機模擬電氣事故停機導葉未全關導致機組過速運行事件的過程、原因及處理過程，能為水電站機組處理和避免類似問題提供參考和借鑒。調速系統對水輪發電機的正常運行至關重要，電站運維人員必須保證調速系統的安全可靠才能確保機組的安全穩定運行。

參考文獻

[1]林祖建.混流式機組甩負荷異常問題的分析及處理.福建水力水電，（2018）01-008-01

[2]黃菊珠.山美水電站機組甩負荷事件分析.廣西水力水電，（2020）04-0087-03

作者簡介：解志（1991-），男，漢族，云南宣威人，工程師，從事水電站運行管理工作。