一例水輪發電機組高轉速加閘原因分析及防范措施

蔣 敏

(四川革什扎水電開發有限責任公司， 四川 丹巴 626300)

1 概 述

某水電站一水輪發電機組在調試階段停機過程中，投入電氣制動數秒后投入了機械制動，高轉速加閘造成閘塊磨損約4 mm。事后分析查找原因，發現齒盤測速信號之前已經為零，在電氣制動投入后殘壓測速信號消失，導致機械加閘轉速信號接點誤動作，監控誤開出加閘。筆者針對此事件進行分析，提出了以下幾點防范措施。

2 高轉速加閘事件經過

某水電站采用電氣制動和機械制動相結合的方式，正常停機時在80%ne(額定轉速)投入電制動，至10%ne時投入機械制動；故障情況下(滅磁開關跳閘)不投入電制動，在20%ne時直接投入機械制動。

該電站采用單套齒盤和殘壓測速裝置，正常情況下以齒盤測速為主，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、加閘和起勵等操作。

因現場測速齒盤齒數過多(44個)，齒盤測速脈沖信號周期達到4.54 ms，已經超過了調速器PLC高速計數模塊的最小分辨率(5 ms)。為滿足調速器和測速裝置同時使用齒盤測速，將齒盤重新加工為22個齒后回裝，之后執行“空轉-停機流程”時，投入電氣制動數秒后，調試人員發現有閘塊磨損的氣味。檢查發現機械加閘已經頂起，調試人員立即手動排氣復歸閘塊，但仍造成閘塊部分磨損。

3 高轉速加閘事件產生原因分析

3.1 監控報文分析

高轉速加閘事件發生后，調取監控報文(表1)了解情況。

表1 高轉速加閘監控報文表

由表1可見，1F機組在停機過程中，在機組出口短路刀閘合閘數秒后，轉速信號由80%ne降至10%ne。而實際正常投入電制動后，機組轉速需約幾百秒才可能降至10%ne。因此，可以判斷測速裝置報出的機械加閘轉速信號點屬于誤報。

3.2 測速系統分析

現場檢查發現，齒盤回裝后，測速裝置的齒盤測速信號異常，測速裝置僅殘壓測速能正常工作。在監控系統投入電氣制動、機組出口短路刀閘合閘后，殘壓信號亦消失，導致測速裝置測得轉速為0，機械加閘轉速條件滿足，監控系統開出動作機械加閘電磁閥。

3.3 監控程序分析

分析監控系統“空轉至停機流程”發現，其在收到“投入電氣制動”轉速接點后，先向機組保護發“閉鎖差動保護”命令，再投入機組出口短路刀閘，之后向勵磁系統發“投電氣制動”命令。在勵磁系統跳開陽極刀閘、合上制動變高壓側開關后，電氣制動正式發揮制動作用。但監控程序在電氣制動和機械制動兩步之間沒有設置硬性等待時間條件，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造成了此次誤加閘。

4 高轉速加閘防范措施

4.1 優化測速裝置

測速裝置是此次高轉速加閘事件的關鍵，若單套齒盤測速信號消失的報警信號能進入監控系統流程，又或還有一套轉速裝置能正常工作，均能避免此次事件的發生。因此，擬增設一套測速裝置，所增設的測速裝置采用與已有的測速裝置不同的齒盤和殘壓信號。兩套測速裝置的開關接點80%ne、20%ne、10%ne均串聯動作于監控系統，115%ne、130%ne均并聯動作于監控系統(圖1)。

4.2 優化監控程序

在監控系統“空轉至停機流程”中設置轉速監測，若在投入電氣制動之后10 s內收到“投機械制動”接點，則判為測速裝置故障。投入電氣制動之后必須等待800 s，在收到“投機械制動”接點后方才投入機械加閘。

4.3 完善安全措施

圖1 測速裝置轉速接點邏輯圖

在機組調試階段第一次有水試驗時，機組加閘和反充必須手動完成。先將加閘和反充氣源關掉，待檢查電磁閥動作正常后再投入使用。

5 結 語

對于同時采用電氣制動和機械制動的水輪發電機組，若只有一套測速裝置，在齒盤信號出現問題時很容易造成高轉速加閘。通過增設轉速裝置和優化監控程序，能夠很好地避免這一隱患。特別是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，可以為同類機組提供有益的借鑒。