炳靈水電站調速器導葉主配拒動信號改造

高慶磊

【摘 要】炳靈水電站是黃河龍青段梯級第十三座水電站，以發電為主，兼有一定的灌溉、供水、發展旅游及改善環境等綜合利用效益。由于在甩負荷試驗過程中發現，轉速大于115%Ne就會誤啟動事故停機流程，通過反復研究、調整方案，最終解決了誤停機的問題，文章主要介紹了解決上述問題的過程及效果。

【關鍵詞】炳靈水電站；主配拒動；改造

中圖分類號： TV734 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）17-0092-002

The Technological Remoulding of Bingling Hydropower Station Speed Governor Guide Vane Main Distributing Valve Malfunction Signal

GAO Qing-lei

（Gansu Electric Power Investment Bingling Hydropower Development CO，LTD.Yongjing Gansu 731600，China）

【Abstract】Bingling hydropower station is the thirteenth one of the cascade hydropower stations in the Yellow River Longqing section.It is a generation-based hydropower station，with irrigation， water supply，tourism development and environmental improvement functions.During load rejection test process，it is found that if the speed is greater than 115%Ne，accident shutdown process will be started wrongly.After repeated research and program adjustment，the paper has given the solution to this problem and the implementation effect.

【Key words】Bingling hydropower Station；Main Distributing Valve malfunction；Technological remoulding

0 概述及存在的問題

炳靈水電站位于甘肅省永靖縣炳靈寺石窟上游的黃河干流上，是一座總裝機容量240MW的中型水電站，是黃河龍青段梯級第十三座水電站，電站以發電為主，兼有一定的灌溉、供水、發展旅游及改善環境等綜合利用效益。平均年發電量9.74億kW·h，水輪發電機采用5臺單機容量為48MW的燈泡式貫流水輪發電機組。

水輪發電機組的過速事故的危害是非常大的，過速的時候巨大的離心力可能會造成機組的振動、擺度急劇增大，甚至有可能會使得機組轉動部分與固定部分碰撞，造成水輪發電機組嚴重損失。為了防止機組過速事故發生，炳靈水電站設置了三級過速保護：轉速大于115%Ne且主配拒動，轉速大于160%Ne，機械過速（圖拉博過速保護裝置），三級保護都會通過水機保護回路啟動事故停機流程。

一級過速保護：機組轉速大于115%額定轉速且主配拒動。正常甩負荷的情況下，調速器會通過主配控制導葉開度使機組轉速進入空轉態。而只在轉速大于115%Ne且主配未正常動作的情況下，才會通過水機保護回路啟動事故停機流程。

炳靈水電站在每臺機組檢修結束做甩負荷試驗過程中發現，只要轉速大于115%Ne，無論導葉主配處于何種狀態，都會引起水機保護回路動作啟動事故停機流程，最終導致停機，無法驗證調速器調節性能；后來只能在甩負荷試驗之前臨時將接入監控LCU柜的115%Ne信號線甩開；而在機組日常運行過程中出現甩負荷時，只要轉速大于115%Ne就會導致停機。

1 首次改造、試驗過程試驗過程

1.1 檢查分析原因

通過對甩負荷試驗觀察和檢查發現，造成停機的原因是“主配拒動”信號誤動作。

主配拒動信號通過安裝在主配壓閥扁擔旁邊的微動開關送出，如圖1所示，主要根據扁擔的上、下位置變化來引起微動開關接點變化，從而反映主配狀態。導葉主配正常運行不調節時處于復中位置，主配拒動信號應動作，若主配往關向動作（下壓），該接點打開，主配拒動信號消失。

1.2 第一次改造方法

2012年1#機組A修結束啟動試驗過程中，與廠家人員、專家進行了討論，發現當時主配拒動微動開關接線選擇了常開接點，因此若主配關向運動時接點就會閉合，如圖2所示；而機組甩負荷時，轉速瞬間上升，為了穩定機組導葉主配壓閥肯定會關，這樣兩個接點同時閉合，就會使水機保護回路導通啟動事故停機流程。

分析認為，如果將接點換為閉接點，主配向下關時使主配拒動接點打開，應該就能解決誤停機的問題，因此將微動開關接線做了調整，由常開接點換成了常閉接點，如圖3所示：

1.3 試驗結果

但1#機組甩負荷試驗時機組轉速大于115%以后仍然啟動了事故停機流程，而且后續其它機組試驗時機組轉速大于115%以后也導致了事故停機。

調整修改失敗的原因分析：

如圖4所示，甩負荷瞬間（圖中①點），機組轉速升高，為了將轉速拉回額定，導葉開始關，主配往關向下壓，主配拒動接點打開、信號消失，最終導葉會關至接近全關位置；但調速器為了穩定轉速，待轉速從上升最高點開始下降后，導葉會重新打開（圖中②點），主配先復中后會往開向上抬，主配拒動接點會重新閉合，若此時機組轉速仍然大于115%Ne，條件滿足水機保護回路仍然會啟動導致停機。endprint

因此，在機組轉速超過115%這段時間內，無論微動開關接開接點還是閉接點，主配拒動信號都可能會動作，通過微動開關接點信號無法正確反映主配拒動狀態。

2 第二次改造、試驗過程

2.1 第二次改造

從主配拒動信號定義來說，拒動是反映主配壓閥在收到開、關令需要其動作而主配壓閥不動的現象，因此改造的思路主要從這個角度入手。經過與廠家設計、調試人員探討，通過微動開關、接近開關的外部裝置無法準確報出主配拒動信號，需要通過調速器PLC控制程序判斷，程序判據描述如下：

條件1：導葉控制把手“機手動”位置，直接輸出主配拒動信號。

條件2：導葉位移反饋斷線，直接輸出主配拒動信號。

條件3：導葉不跟隨電氣控制信號關+延時1s。即由于發卡或其他原因，導葉實際開度與導葉控制輸出信號之間差值過大，就判斷為導葉主配拒動。但由于導葉調整開度時，控制輸出與實際開度之間本身就會有差值，延時1s是為了防止主配拒動信號誤報。

如果機組轉速大于115%Ne，以上三種條件滿足任何1個，就會啟動水機保護回路走事故停機流程。

2.2 模擬試驗：

條件1和條件2試驗方法簡單，效果明顯，不做詳細描述，重點說明條件3的試驗過程，分為兩種情況試驗（以下試驗均在機組尾水閘門落下的情況下進行）：

2.2.1 導葉開度跟隨控制命令變化時，不應報出主配拒動信號。

目的：機組甩負荷轉速大于115%Ne時，若導葉已開始回關，不應啟動事故停機流程。

試驗過程：導葉控制把手放“電手動”，電氣開限設置為80%，將導葉開度從50%設置為5%，導葉關閉到5%后再將開度設置為15%，模擬甩負荷過程中導葉先關、后開的過程，在各臺機組試驗過程中均沒有主配拒動信號報出。試驗結果達到了要求。

2.2.2 導葉開度不跟隨控制命令變化時，延時報出主配拒動信號。

目的：機組甩負荷轉速大于115%時，若導葉發卡或不受控制，應啟動事故停機流程。

試驗過程：導葉開到50%開度，導葉控制把手放“機手動”，拔出導葉比例閥驅動模塊，導葉控制把手放“電手動”，設置開度給定值使開度增加或減少，由于比例閥不工作，導葉無法打開或關閉，可報出主配拒動信號。試驗結果達到了要求。

2.3 機組甩負荷試驗：

2016年1月份，炳靈水電站2號機組A級檢修啟動試驗過程中，甩25%負荷試驗時機組轉速達到了115.7%，甩50%負荷試驗時機組轉速達到了128.5%，均未啟動事故停機流程，而是正常將機組調整到了空轉狀態，驗證了調速器的性能，改造的效果達到了要求。

3 結語

本次主配拒動信號改造從根本上解決了主配拒動信號誤動、誤報的問題，避免了由于信號誤動而導致水機保護回路動作停機，特別是在線路停電導致全廠停電、機組全停的情況下，對全廠設備安全運行可以起到很大的保障，在貫流式、徑流式水電站中有很好的推廣價值：

3.1 徹底消除了機組運行過程中主配拒動信號誤動、誤報的問題，為運行人員判斷機組狀態提供正確、可靠的依據，避免了由于誤判而導致對機組狀態判斷失誤的現象。

3.2 線路停電、甩負荷后在機組轉速大于115%額定轉速后不會導致停機，使機組保持在空載狀態運行，就能通過機組迅速恢復廠用電，避免了通過柴油發電機帶廠用和黑啟動的危險，也能在線路恢復送電后盡快使機組并網發電。

3.3 全廠停電、機組甩負荷后，庫水位會迅速上漲，特別是對徑流式水電站，如果不能保證及時提閘門泄水，很可能會導致發生漫壩、水淹廠房事故。而機組不停機、空載運行可以保持一定流量的過水，延緩庫水位上漲趨勢，為提閘門泄水爭取寶貴的時間。而且通過快速恢復廠用電以后，就能為閘門啟閉設備提供充足的電源，保證迅速開啟閘門泄水，避免上游水位上漲過快，能減少水淹大壩、水淹廠房的風險，在貫流式、徑流式水電站中有很好的推廣應用價值。

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