泰山抽水蓄能電站監控系統溫度保護邏輯優化方法研究

陳 鑫，王洪博，孫召輝，白劍飛，劉曉波，谷東永

（1.山東泰山抽水蓄能電站有限責任公司，山東 泰安 271000；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京100038）

0 引言

泰山抽水蓄能電站位于山東省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5 km，距濟南市約70 km，電站在山東電網中主要擔負調峰、填谷作用，兼有調相和緊急事故備用等功能。泰安抽水蓄能電站安裝有4臺單機容量為250 MW的可逆式水泵水輪機組和發電電動機組，其正常運行工況主要有發電、發電調相、抽水、抽水調相等4種。

泰蓄電站計算機監控系統按照“無人值班”（少人值守）的原則設計，采用德國福伊特公司設計開發的VSHyCon CS7計算機監控系統[1]。機組水機保護跳閘矩陣的設計理念采用“保護機組為主，保護電網為輔”的原則，機組跳機條件多，機組跳機次數多。針對原機組流程跳機條件，經過分析泰蓄現場運行數據并結合國網新源公司《機組機械保護自動化元件（裝置）動作邏輯指導意見》、國家標準GB/T 32894-2016《抽水蓄能機組工況轉換技術導則》以及其他抽蓄電站的跳機條件,從溫度、壓力、流量等方面進行優化。本文介紹了對泰蓄原有溫度保護所做的優化措施。

1 溫度保護系統設計原則

泰蓄電站（以下簡稱“泰蓄”）機組溫度保護涉及到的保護點包括：上導軸承瓦溫、推力軸承瓦溫、下導軸承瓦溫、水導軸承瓦溫、上導軸承油槽溫度、推力和下導軸承油槽溫度、水導軸承油槽溫度、定子繞組溫度、定子鐵心溫度、主軸密封溫度、主變油溫、止漏環溫度、調速器壓力油罐油溫、勵磁變壓器溫度。

泰蓄電站機組原溫度保護采用單級越限和單點跳機的方式實現，即采用如下方式：各測溫點通過硬接線接入PLC溫度量輸入模件后送到PLC處理單元（RTD方式），在PLC處理單元經過程序處理。若某個測點值大于報警值，則發信號報警；大于跳機設定值，則發信號啟動跳機程序并送硬件跳機回路跳機。溫度保護邏輯：上導軸承瓦溫、下導軸承瓦溫、推力軸承瓦溫單個測點溫度值超過停機值（85℃），延時（15 s）觸發機械事故跳機流程；水導軸承瓦溫單個測點溫度值超過停機值（70℃），延時（15 s）觸發機械事故跳機流程；定子繞組單個測點溫度超過停機值（135℃），延時（15 s）觸發電氣事故跳機流程；定子鐵心單個測點溫度超過停機值（135℃），延時（15 s）觸發電氣事故跳機流程；勵磁變壓器單個測點溫度超過停機值（145℃），延時（15 s）觸發機械事故跳機流程；主軸密封單個測點溫度超過停機值（40℃），延時（15 s）觸發機械事故跳機流程；止漏環單個測點溫度超過停機值（45℃），延時（15 s）觸發機械事故跳機流程。

2 溫度保護邏輯優化方法

原溫度保護系統采用單級越限和單點跳機的方式，很多時候由于自動化元器件松動、自動化元器件故障、虛假報警等導致機組跳機，嚴重影響機組的安全運行，不利于電網穩定。

綜合上述現象，采用以下優化措施降低機組誤跳概率：

（1）將單級越限改為兩級越限方式，溫度超過第一級限值時，發報警信號；溫度超過第二級限值時，發跳機信號。

（2）將單點跳機方式改為N取2跳機方式，降低單一測點由于元器件松動或故障造成機組跳機的概率。機組推力軸承、上導軸承、下導軸承、水導軸承、定子繞組、定子鐵心、主軸密封水、止漏環的溫度測值不再采用單一測點超過跳機限值就觸發機組跳機流程的方式，而是采用N取2的方式，即同一部件中任意兩個測點溫度值超過跳機限值就觸發跳機流程，如機組推力軸承瓦溫任意兩個測點的溫度值超過跳機限值觸發機組跳機流程。

（3）溫度保護系統引入梯度報警。溫度傳感器在引入溫度量模塊之前，經過了焊接、端子、卡件等環節，任何一處接觸不良，均會導致溫度值突變，嚴重時可能導致機組保護誤動[2]。為了避免溫度測值異常變化導致機組誤動，引入梯度報警閉鎖溫度保護跳機出口功能。如果溫度在短時內發生的變化超過預設范圍，認為該溫度測點異常，發出溫度變化異常告警信號，在變化異常情況下測點值不予采信，避免由于自動化元器件異常或者外部干擾導致的測點值突然增大引發機組誤跳的情況。

（4）設置閉鎖功能，啟用溫度量模塊的故障診斷功能，在溫度量通道出現故障時溫度保護模塊閉鎖該通道測點值并發報警信號。

（5）對于上導軸承油槽溫度、推力和下導軸承油槽溫度、水導軸承油槽溫度、主變油溫、調速器壓力油罐油溫、勵磁變壓器溫度這些溫度測點，測點值越限信號只觸發報警，不觸發跳機流程。

（6）軸承瓦溫保護是機組溫度保護系統重要的組成部分。考慮到軸承瓦溫保護的重要性，將原系統中軸承瓦溫超過跳機限值延時15 s后跳機改為軸承瓦溫超過跳機限值延時10 s后跳機。

（7）溫度保護系統溫度測值越跳機限值后觸發的跳機流程全部統一為機械事故跳機。

3 溫度保護邏輯優化措施

泰蓄機組溫度保護采用第2節所述的優化方法后，優化措施如下：

溫度保護跳機測點僅包含機組推力軸承、上導軸承、下導軸承、水導軸承、定子繞組、定子鐵心、主軸密封水、止漏環；上導軸承油槽溫度、推力和下導軸承油槽溫度、水導軸承油槽溫度、主變油溫、調速器壓力油罐油溫、勵磁變壓器溫度這些原跳機測點，只觸發報警，不再觸發跳機流程。

溫度保護增加梯度越限閉鎖功能，并且可在溫度保護模塊引腳端輸入梯度限值，可觸發跳機的測點個數也可根據實際需求在引腳處輸入。目前設定的梯度限值是5 ℃/s,如果實時采集到的溫度值在1 s時間范圍內增加5 ℃，會閉鎖跳機出口并發梯度越限報警，梯度值恢復到限值范圍內閉鎖解除。現在同一部件的溫度測點觸發跳機采用N取2方式，故輸入引腳處測點個數設置為2。

溫度保護中增加通道閉鎖功能，在溫度量通道出現故障時閉鎖通道值并發報警信號。

溫度保護觸發跳機流程由原來部分部件的溫度越限觸發機械事故停機流程，部分部件（定子鐵心上齒板、定子鐵心下齒板、定子U相繞組、定子V相繞組、定子W相繞組）的溫度越限觸發電氣事故停機流程，統一出口為觸發機械事故停機流程。

優化后作用于機組跳機的溫度保護測點見表1。

表1 泰蓄機組機械事故、電氣事故跳機條件表

優化后的溫度保護功能塊如圖1。

圖1 推力軸瓦溫度保護功能塊圖

輸入管腳說明：

4 結語

通過對機組溫度保護模塊的邏輯優化，使得測溫元器件故障而觸發的誤跳機概率大為降低，提高了機組跳機動作的可靠性，保障了電廠的安全可靠運行，對電網的安全穩定運行具有積極的意義。