某水電站機組高轉速加閘原因分析及防范

駱沛垚，車 平

（中國電力建設集團/四川水電開發有限公司，四川 樂山 614000）

0 引言

四川某水電站1F 機組是裝機容量為44 MW 混流式水輪發電機組，2022 年該機組進行A 級檢修，機組回裝、無水試驗完成，進入有水試驗階段，根據啟動試運行大綱有水試驗正常，機組短路升流試驗完成后，立即進入純機械過速試驗，在該試驗過程中，機組轉速下降至接近額定轉速時，機組高轉速加閘。本文對此進行背景介紹及原因分析，并提出防范措施。

1 制動閘基本結構及控制原理

1.1 基本結構

該水電站1號機組制動裝置由4個制動閘組成，結構如圖1 所示。活塞為氣復位形式，最大直徑Φ220 mm，最大行程35 mm，制動氣壓0.7 MPa。

圖1 制動閘結構圖

1.2 控制原理

該水電站1 號機組采用電氣制動和機械制動相結合的方式，正常停機時，在80%額定轉速至20%額定轉速投入電氣制動，故障情況下（滅磁開關跳閘）不投入電氣制動，在20%額定轉速下直接投入機械制動。

該電站采用齒盤測速和殘壓測速裝置，正常情況下以齒盤測速為準，齒盤信號故障則切換至殘壓測速。測速裝置輸出開關量接點分別送監控、勵磁等系統，作用于報警、投電制動、加閘和起勵等作業。

2 事故分析

2.1 事故背景

2022 年度，該水電站1 號機組A 修施工完成并完成回裝，機組無水試驗完成，進入有水試驗階段，根據啟動試運行大綱有水試驗正常，機組短路升流試驗完成。

升壓完成后立即進入純機械過速試驗，機組手動升速至140%，轉速達到140%后，轉速信號正常，純機械過速裝置未動作，手動關閉導葉，機組轉速開始下降。接近額定轉速115%時，測速裝置轉速信號消失2～3 s，制動閘投入，機組高轉速加閘。操作人員立即手動退出風閘，停機檢查發現4 塊閘板磨損量超6 mm。

2.2 原因分析

機組制動閘加閘條件：停機令+機組轉速20%以下。

（1）測速系統分析

因該電站采用齒盤測速和殘壓測速，根據制動閘加閘條件，當純機械過速試驗過程中，機組轉速達到140%額定轉速后，轉速信號正常，但在手動關閉導葉，轉速下降接近115%額定轉速后，轉速信號消失，可以初步判斷齒盤測速探頭損壞或機械測速滑塊、鋼帶斷裂，從而導致機械測速信號消失。

殘壓測速是采集發電機出口PT 殘壓計算轉速。本次事故中，機組在高轉速下加閘，表明未采集到發電機出口PT 殘壓，可以初步判斷采集裝置損壞，或發電機出口PT 無壓，導致測速裝置無法檢測到殘壓測速信號，監控系統判定機組狀態為停機態，遂投入制動閘，導致高轉速加閘[1]。

（2）監控系統分析

加閘指令一般由監控系統發出，而監控系統的轉速輸入由測試裝置提供。在純機械過速試驗過程中，機組轉速下降至接近額定轉速時，轉速信號消失，監控未接收轉速信號，則判斷機組由“空轉至停機”，監控在收到“投入電氣制動”轉速接點后，先向機組保護1 裝置發“閉鎖差動保護”命令，再投入機組出口刀閘，之后向勵磁系統發“投入電氣制動”命令，勵磁系統跳開陽極刀閘，合上制動變高壓側開關后，電氣制動正式發揮作用，但是監控系統在電氣制動和機械制動兩步之間沒有設置硬性時間條件，僅靠轉速信號條件滿足即從電氣制動進入機械制動，因此，測速裝置信號接點誤動作導致機組高轉速加閘。

3 防范措施

（1）機組檢修完，第一次開機有水試驗時，機組加閘和反充氣必須手動完成，以避免因測速裝置、監控系統以及其他原因引起的高轉速加閘。

（2）手動加閘試驗正常后，必須先將加閘和反充氣氣源關掉、電磁閥投至自動，由監控系統流程進行自動開停機試驗。

（3）機組檢修完后，需檢查齒盤測速探頭是否完好，齒盤測速鋼帶安裝牢固無變形、位置合適，所有動片無彎曲變形，轉動盤磁鋼位于探頭中間且與兩探頭之間深度以擋住探頭為宜，以避免機組轉動時動片碰撞探頭和因間距過大影響測速。

（4）裝置出口邏輯、定值、輸入及輸出回路試驗完成后，應仔細檢查裝置的撥輪開關位置，在正常情況下電壓測頻、機械測頻撥輪開關應在“有效”位置。

（5）檢修后，應檢查相關安全措施是否已全部恢復，短接銅牌是否拆除，二次短接線是否恢復等[2]。

（6）優化監控系統，增加監控程序中電氣制動和機械制動兩個步驟間的強行等待時間。

4 結論

對于同時采用電氣制動和機械制動的水輪機組，在齒盤測速裝置出現問題時，則通過采集發電機出口PT 殘壓測速，在本次事件中，機組高轉速加閘，即監控無法接收轉速信號，則判定齒盤測速裝置探頭損壞或鋼帶斷裂，同時殘壓測速采集發電機出口PT 也無殘壓。機組在檢修后，應檢查安全措施恢復情況，按照試驗流程按部就班有序進行，完成一個試驗結束一個流程及恢復措施，方可進入下一個流程，確保機組試驗過程安全可靠，防止對機組形成破壞性試驗。