機組導葉空載位置信號抖動的后果及處理措施

張磊，劉軒宇

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200）

機組導葉空載位置信號抖動的后果及處理措施

張磊，劉軒宇

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200）

抽水蓄能電站在電網中主要承擔調峰、調頻、填谷以及事故備用的作用。而抽蓄電站機組在正常穩定運行當中，如果在導葉空載情況下分開關，會導致甩負荷現象出現，致使機組各設備零器件出現隱患。本文主要針對某抽水蓄能電站4號機組在發電運行期間或者抽水運行期間，偶發的機組導葉空載位置信號抖動進行相關原因分析，并針對該信號所可能導致的機組停機甩負荷，進行事故預想以及提出針對性的解決方案。可直接減少對主設備的不良損耗，提高機組穩定運行的可靠性，并為日后工作積累重要的經驗。

抽水蓄能電站；導葉空載；甩負荷

1 引言

抽水蓄能電站機組組成主要分為發電機組和水泵水輪機組。水泵水輪機主要有主軸、轉輪、導軸承、主軸密封、導水機構、頂蓋、蝸殼、座環、底環、尾水管等部件構成。其中導葉作為導水機構重要組成，在機組運轉中直接承擔著調節機組轉輪室流量、進而控制機組轉速、頻率和機組出力方面的重要作用。而導葉的空載開度則為機組達到額定轉速后投入電網的瞬間，導葉所達到的開度。由于不同機組間設備情況不同，導致不同機組的導葉空載開度也不同。

2 信號抖動現象及產生的原因

某日電廠按計劃曲線準備發電，當日電廠運行情況為500 kV線路分段運行，1～4號變壓器空載運行，1～4號機組停機備用狀態。4號機組在按計劃發電開機達到發電穩態后監控發現異常信號（表1）。

表1.

機組導葉空載位置信號為一個安裝在導葉控制環上的行程開關所上送的位置信號，在機組開停機期間，其隨導葉達到特定的開度而動作復歸，來判斷機組導葉空載、負載位置。行程開關常見問題故障有：行程開關位置觸頭故障、松動，或者接線松脫均會導致行程開關無法正確上送信號。行程開關的機械裝置故障，無法準確反饋設備實際位置。經現場人員檢查后發現，此次信號抖動是已投用的行程開關存在安裝位置松動，需現場重新調整4號機導葉空載位置行程開關安裝位置。

3 信號抖動可能導致的后果

行程開關故障導致機組停機時發生導葉空載位置信號抖動，如若廠站值班人員未能及時發現該信號是否復歸，會導致機組在執行停機流程時，機組開關分閘條件在機組負荷降低至額定值時便滿足，機組在負載情況下直接分開關，特別是在機組發電工況下，帶負荷分開關會造成機組甩負荷。水輪機發生甩負荷后，巨大的能量會使機組轉速上升很快。由于機組出現甩負荷導致機組轉速、蝸殼壓力瞬時增加，尾水管壓力降低或者真空度變大，導葉的迅速關閉會使壓力鋼管壓力瞬時增加，存在壓力鋼管爆裂危險，所以甩負荷會給機組造成巨大損害。在機械方面：過高的轉速可能達到機組的飛逸轉速，導致機組機械保護動作；機組的大軸、水輪機頂蓋連接緊固件出現松動；機組的振動、擺度檢測部位出現異常等。在一次方面：可能導致機組發電機磁極、磁軛的松動。

該抽蓄電廠機組在正常停機時，不同工況下停機有不同的停機邏輯：

（1）發電工況下停機，會采取先減機組有功的方法，當機有功降至30 MW以下且此時機組導葉空載位置信號收到時，機組會進行分開關與系統解列。若機組停機時，負荷還未降至30 MW以下而導葉空載位置已經滿足，此時邏輯便會繼續執行，導致帶負荷分開關，致使機組出現甩負荷現象。

（2）抽水工況下停機，當機組有功絕對值小于185 MW或者達到導葉全關位置，會執行下一步分機組開關與系統解列。如果在停機時機組未減有功絕對值，而導葉全關位置已經滿足，機組同樣會出現停機時甩負荷現象。

經分析發現機組不論發電工況還是抽水工況下停機，機組的停機邏輯仍不完善，存在下列隱患：

（1）機組在發電停機時，導葉空載位置信號由導葉控制環上的一個行程開關送出，如若該行程開關出現故障，導致信號誤發，會使機組在出力未降低至設定值時便滿足了機組分開關條件，機組出現帶負荷分開關的問題。

（2）機組在抽水停機時，由于機組的導葉全關位置信號同樣存在誤發可能，此時如若機組有功絕對值大于185 MW，會滿足反饋條件，仍會導致機組發生停機甩負荷。

（3）經監控信號顯示，機組運行在發電或抽水穩定工況下，機組誤發的導葉空載信號為正常信號，非報警信號，不易引起監控人員注意。

4 針對隱患問題在監控邏輯與硬布線控制系統中采取的措施

目前針對機組可能由于信號抖動導致機組在負載期間出現導葉空載信號誤送致使機組在停機時甩負荷，可采用的改進方法有：

（1）電站值班室人員在監盤期間如若發現機組異常信號應采取必要措施防止機組甩負荷情況發生：

1）機組在發電工況負載期間發出導葉空載信號，上位機值班人員應及時核對計劃停機時間，在滿足機組發電計劃后，將機組控制方式切至單機，并手動將機組有功調至30 MW以下，待機組有功反饋值已達到30 MW以下，上位機再下達機組停機令，并安排現場人員仔細檢查機組停機情況，如若出現異常情況，及時反映給上位機值班人員。

2）機組在抽水停機時出現導葉關閉異常信號，應及時將問題機組控制方式切至單機控制方式，在機組滿足計劃曲線后，上位機值班人員手動將機組有功調制至絕對值185 MW以下，待機組有功反饋值達到標準，下達機組停機令，并密切監視機組停機情況。

然而此種情況目前仍存在解決弊端：

機組在正常停機時，會發“4號機振動擺度裝置設定值切換——動作”這個信號，該裝置為安裝在機組上的VM600振擺測定裝置，用來監測機組在各個工況下的振擺信號。機組發電開機，以GCB合閘為判別點，即GCB和閘后，會發“振動擺度裝至設定值切換——復歸”此時即判別為機組已達到穩態。而機組在非穩態工況模式下，即工況轉換時，例如發電停機時，為防止機組因成組控制機組有功降低而導致的機組振動增加，致使機組振動過大跳機，此時機組振擺值為機組穩態工況下的1.5倍，即所發信號“振動擺度裝置設定值切換——動作”。正常停機下4號機機組下導的振動曲線見圖1。

圖1.導“X”方向擺度振動曲線

由曲線圖可觀察到，4號機在下午低水頭下停機時，機組下導“X”方向擺度明顯增加，超過穩態工況下跳機數值的480μm，所以可得出結論，在機組發電穩態運行工況模式下，特別是在下午低水頭情況下停機時，上位機值班員如若需采取人為干預機組有功，而此時由于機組停機令仍未發出，機組振動擺度裝置設定值會動作，機組因有功的大量減少導致機組振動，振動超過跳閘值時，機組仍然存在甩大約25%負荷風險。

由曲線圖2可知在4號機組正常停機達到跳閘值時，機組仍然有＞80 MW的負荷。

故雖然經人為干預，使機組在出現導葉空載信號抖動情況后降負荷，但仍然存在可能甩25%負荷的情況，故在此情況下停機后，現場人員應仔細檢查機組主設備各個部位情況，防止出現設備隱患。

圖2.號機組停機下導X方向擺度振動與有功曲線以及機組開關分閘時間節點曲線圖

（2）在機組的導葉控制環上，對目前在用的導葉空載位置行程開關進行位置檢查，校核其安裝位置的準確性，并加裝一個備用導葉空載位置行程開關，將兩個導葉空載位置行程開關動作位置調整至同步，并在硬布線中，將兩個行程開關采取串聯方式連接。這樣即使一個行程開關出現故障，也不會引起導葉空載信號誤發，導致機組出現停機甩負荷現象。

將圖3中右側新增行程開關串聯接入圖4右側已投運行程開關142接點中。

圖3.增導葉行程開關硬布線圖

（3）在機組抽水停機流程邏輯中，為保證機組有功絕對值降至185 MW以下，防止機組因出現導葉全關位置誤動，致使機組帶負荷分開關，在機組停機步序5S_1中增加了18 s延時模塊，使機組在停機步序5S_1開始執行后至少經過18 s才會執行下一步，這樣機組在停機過程中就有充足的時間將機組負荷減至設定值以下，以免造成甩負荷現象發生。

（4）機組在日常運行當中，將機組在發電工況下出現導葉空載位置信號或者機組在抽水工況條件下出現導葉全關位置信號，改為報警信號，更加容易引起監控人員注意。

圖4.用行程開關硬布線圖

在采取相關邏輯與硬布線優化措施后，在后期機組正常運行期間，未再出現相關問題，消除了因導葉位置信號抖動導致的機組停機甩負荷現象。

5 結論

隨著電廠機組投運時間增加，部分設備投產時存在的設計缺陷需在機組長時間運行后才能發現。本次異常情況發生后，運維人員及時對機組原始停機邏輯以及硬布線回路進行優化，進而增加了機組運行的可靠性，消除了停機甩負荷的隱患。由于廠站設備投運時間增加，部分設備損耗，成為危害機組穩定運行的不穩定因素，故生產工作人員應在日后的工作當中做到：

（1）上位機監盤人員應提高自身工作水平，提高自己事故處理能力，對控制信號進行歸總，對異常信號提出疑問并加以分析處理，在第一時間找出解決問題的方法。

（2）增加對現場機械設備情況檢查，對部分老化設備進行歸總，在巡檢期間增加對該類別設備的巡檢力度，如發現異常情況，應及時檢查匯報并處理。

（3）運維人員應歸總機組邏輯中不合理的地方，并舉一反三，對電站其他機組進行優化處理。

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TV743

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1672-5387（2017）09-0042-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.016

2017-06-19

張磊（1989-），男，助理工程師，從事勵磁、保護設備維護檢修工作。