溪洛渡水電站機組緊急停機回路的設計簡介

2015-07-28 07:04:13李伶，張鵬

水電站機電技術 2015年7期

李　伶，張　鵬

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

溪洛渡水電站機組緊急停機回路的設計簡介

李伶，張鵬

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

摘要：針對溪洛渡水電站廠區范圍廣、裝機容量大、系統地位重要等特點，對機組事故狀態下的緊急停機和關閉快速門回路提出了極高的要求。結合電站的樞紐布置和計算機監控系統配置情況，重點介紹了機組在事故情況下的緊急停機回路的設計方案。

關鍵詞：溪洛渡電站；計算機監控系統；緊急停機；水機后備保護；緊急關閉快速門

0　引言

溪洛渡水電站位于云南省昭通市和四川省涼山州交界的金沙江下游河段，是金沙江上游第3級電站，也是國家“西電東送”和西部大開發的重點工程。電站由攔河大壩、泄洪、引水和發電等建筑物組成。電站分為左、右岸兩個廠房，各裝機9臺，單機容量77萬kW，總裝機1 386萬kW，工程規模在國內目前僅次于三峽水電站。電站于2005年12月正式開工，2013年7月首批機組發電，2014年7月迎來了全廠全部機組投產發電。

由于本電站在電力系統中的地位十分重要，對機組安全、可靠、穩定運行的要求尤為突出。尤其在2009年俄羅斯薩揚-舒申斯克水電站機組發生重大機電事故后，國家電監會專門發文對機組的安全穩定運行提出了嚴格的要求。在此前提下，溪洛渡電站監控系統緊急停機回路的設計顯得尤為重要，以確保事故狀態下，能將機組帶入安全、穩定的狀態。鑒于本電站機組臺數多、廠區范圍廣，各控制點和被控設備分散，建設周期長，為緊急停機回路的設計帶來了較大的困難。

1　電站樞紐布置簡介

由于溪洛渡電站的特殊管理模式和地理位置，為緊急停機和落快速門帶來了一定的困難，全廠有人值班的監控中心布置在右岸地面，地下廠房將基本上實現無人值班。在此有必要介紹電站的主要樞紐布置。

電站主要由大壩、泄洪、引水和發電等建筑物組成，包括左、右岸兩個呈對側布置的電站，涉及水機保護和緊急停機回路的設備布置在以下部位：

（1）左、右岸地下主廠房：左、右岸主廠房均布置在拱壩上游約200 m的庫岸山體內，主機間長310.41m，分別布置有9臺水輪發電機組、機組間距約為35m，發電機層高程為376m，其下游側布置機組LCU，設置有緊急停機和緊急關快門回路和手動按鈕，同時設置水機后備保護PLC。

（2）左、右岸地下副廠房：在主廠房端頭為副廠房，386m高程布置二次監視室，作為過渡期值班人員的控制室，此處設有監控本岸電站的廠站層設備。

（3）左、右岸進水口：電站進水口在地面610.0m高程。對應每臺機組進水口均設置有1個快速閘門。最遠的一面快速閘門距離機組的電纜路徑接近3 km。

（4）地面集中控制樓：在右岸地面出線場（870m高程）附近設置全廠的集中控制管理區域，值班人員在該區域中控室對全廠進行監控。距離左岸地下廠房機組和進水口快速閘門的電纜距離均超過3 km。

2　對緊急停機回路的設計要求

鑒于上述情況，溪洛渡機組的安全穩定運行對電站監控系統緊急停機回路的設計提出了以下基本要求：

（1）滿足“無人值班”（少人值守）的設計原則；

（2）在任何情況下發生機組事故時，均通過緊急停機回路實現緊急停機，并根據事故類型緊急關閉快速閘門，以確保機組和人員的安全；

（3）緊急停機回路按高度冗余原則設計；

（4）能通過在機旁、副廠房及地面中控室的手動急停按鈕實現緊急停機和緊急落快速門。

3　計算機監控系統結構和配置簡介

機組緊急停機回路為計算機監控系統的重要部分，作為背景信息，有必要對本站監控系統的結構和配置情況作簡單介紹。

溪洛渡電站計算機監控系統采用分層分布式結構，由廠站層和現地控制單元層（LCU）組成。

廠站層設備主要包括操作員站和各種數據服務器等。同時，考慮到該電站的規模和重要性，作為自動監控系統的后備，中控室還設置有一套獨立于監控系統PLC的模擬返回屏。

電站現地層設備包括：每臺機1套機組LCU，共計18套、2套開關站LCU、6套公用LCU以及1套大壩LCU。除機組LCU外，還獨立配置了水機后備保護PLC，當機組LCU故障時，仍能通過后備PLC完成水機保護。機組LCU在進水口設有遠程IO裝置，鑒于距離較遠，通過光纖連接。

廠站層和現地層通過由6臺1 000Mb/s主干交換機構成雙環形控制網連接，（分別布置在左、右岸地下控制室和地面集中控制樓），通過光纖作為傳輸介質。

此外，為驅動中控室模擬返回屏，特設有1套獨立的PLC（驅動LCU），主要用于直接采集返回屏所需的各種電氣信號（模擬量和開關量），并輸出狀態報警。與其他LCU類似，該LCU直接掛于控制網和信息網，但與其他LCU彼此獨立。該LCU在左、右岸地下廠房各設有3個遠程裝置，在左、右岸進水口也各設有1個遠程裝置，通過光纖連接。

4　緊急停機回路的方案設計

4.1回路的冗余設置方式

為保證機組的安全可靠運行，溪洛渡電站緊急停機回路按高度冗余方式設置，具體體現在以下幾個方面：

（1）機組LCU配置雙CPU、雙電源、雙通信模塊等。

（2）除機組LCU外，還配有水機后備保護PLC，也采用與機組LCU類似的冗余配置。事故情況下，能獨立于機組LCU監視各故障的發生并發緊急停機命令。

（3）信號源的冗余。前端重要信號源的干接點信號冗余配置，分別送監控LCU和水機后備PLC。

（4）停機輸出信號的冗余，（包括緊急關導葉、跳發電機斷路器和滅磁開關、落快速門等）均為雙DO輸出，DO點位于PLC不同機架的模板上。同時，上述信號輸出采用不同的電纜，并盡量敷設在不同的路徑上，以避免同時出現故障。

（5）除上述自動回路外，還分別在集控樓返回屏上、左、右岸副廠房控制室的按鈕箱以及機組水機后備保護屏上，分別為每臺機設置有1個手動緊急停機按鈕和1個手動緊急關閉快速閘門按鈕。在事故情況下，可由人工啟動緊急停機流程。

4.2啟動緊急停機的條件

在滿足“水力發電廠自動化設計技術規范”的前提下，參照類似規模電站的運行經驗，本電站啟動緊急停機的條件考慮如下：

（1）機組LCU的緊急停機回路主要包括如下啟動故障：各軸承軸瓦溫度過高、機組電氣和機械過速、油壓事故下降、主配拒動、導葉剪斷銷剪斷、冷卻水中斷、振動擺度過大、閘門下滑至事故位、停機按鈕按下、機組電氣事故等。

（2）為優化接線，水機后備PLC緊急停機回路主要考慮水力機械事故，主要包括各軸承軸瓦溫度過高、機組電氣和機械過速、油壓事故下降、主配拒動、事故停機時導葉剪斷銷剪斷等。

（3）機組故障分為以下幾類：

1）一類機械事故，包括：機組機械事故停機過程中導葉剪斷銷剪斷且機組轉速大于115%，且過速換向閥接點動作、快速門開度小于90%，或快速門下滑至事故位置、.機組電氣轉速大于148%或機械轉速大于150%。副廠房落快速門按鈕按下、后備保護落快速門按鈕按下、控制管理樓模擬盤落快速門按鈕按下。

2）二類機械事故1（水輪機事故），包括：自動狀態下調速器停機報警、機組轉速大于115%，調速器液壓系統主配拒動、機組轉速大于145%、調速器油壓系統壓力故障或管路故障、水導油槽液位低，瓦溫高、進水口閘門快速閉門動作或快速門開度小于80%、筒閥控制柜急停按鈕按下、調速器液壓系統急停按鈕按下、副廠房緊急停機按鈕按下、后備保護緊急停機按鈕按下、控制管理樓模擬盤急停按鈕按下、筒閥開度異常。

3）二類機械事故2（發電機事故），包括：推力油槽油位/液位低、上導油槽油位/液位低、推力瓦溫高、上導瓦溫高、下導瓦溫高。

4）電氣事故，包括：機組并網或空載運行時A套發電機保護動作停機總信號、機組并網或空載運行時B套發電機保護動作停機總信號。

4.3緊急停機流程啟動后的出口方式

在緊急停機的條件啟動后，其出口方式設計如下：

（1）發生一類機械事故時，機組LCU及后備保護PLC均啟動快速停機及關快速門流程，同時依條件落筒閥，具體程序包括啟動調速器急停電磁閥、關快速門、依條件落筒閥、卸載至空載后，再動作于跳閘、滅磁、停機。

（2）發生二類機械事故時，機組LCU及后備保護PLC均啟動快速停機流程，包括啟動調速器急停電磁閥、卸載至空載后，再動作于跳閘、滅磁、停機。如果上述步驟超時，則去動作落快速門。

（3）發生電氣事故時，機組LCU啟動緊急停機流程，直接跳發電機出口斷路器、跳滅磁開關、停電調及調速器急停電磁閥。水機后備保護PLC不再參與電氣事故的緊急停機。

（4）當啟動以上快速停機流程或緊急停機時，轉速達到115%且主配拒動，或轉速達到二級過速（145%或148%）及以上都需要動作事故配壓閥。

4.4緊急停機和緊急落快速門按鈕的出口方式

在集控樓模擬返回屏上，左、右岸副廠房監視室急停按鈕箱上以及主廠房發電機大廳機組LCU柜上，為每臺機組均設置有緊急停機按鈕和緊急落快速門按鈕。緊急停機按鈕啟動緊急停機流程。按鈕的輔助接點直接接入機組LCU、水機后備保護PLC以及模擬屏LCU及其遠程I/O柜。由于上述各部位均較為分散，距離較遠，不允許所有回路均采用硬接線連接，需采用光纖通信方式出口，為保證回路的可靠和冗余性，對于任何部位的緊急停機命令，最后均將通過機組LCU和水機后備保護PLC同時出口。對于任何部位的緊急關快速門按鈕，最后均將通過機組LCU在進水口的遠程IO柜和返回屏在進水口的遠程IO柜同時出口。具體的接口方式詳見圖1~2。