關于抽水蓄能機組測速裝置及過速信號冗余設計

【摘要】本文介紹了溧陽抽水蓄能電站機組轉速信號裝置測頻回路及相關工作原理，針對過速信號誤動、拒動影響機組安全運行的可靠性，總結了一些處理方法和防范措施。本文對后續類似問題的分析和處理具有指導意義。

【關鍵詞】抽水蓄能機組；測速裝置；過速信號；冗余設計

前言

過速信號是抽水蓄能機組保護裝置的一個重要組成部分。大部分測速裝置是通過采集發電機機端殘壓信號和機組大軸齒盤脈沖信號作為測速裝置的信號輸入。測速裝置信號輸出的可靠性將直接影響機組運行的穩定性。本文介紹了溧陽抽水蓄能電站測速裝置的工作原理及防止過速信號誤動、拒動的修改方案。對后續類似問題的分析和處理具有指導意義。

1、測速裝置簡介

電站選用西安江河ZKZ-5型雙PLC冗余轉速監控裝置。該測速裝置外接轉速脈沖傳感器、電壓互感器信號實時監測發電機組的轉速，并在機組各轉速點輸出開關量信號和與機組轉速對應的模擬量信號，為機組自動開、停機及電站監控系統服務。

該測速裝置集頻率表、轉速表、轉速繼電器、轉速測試儀表于一體；裝置內部采用雙路電源供電、雙PLC主從熱備方式工作，可以容錯運行，提供裝置運行的可靠性。

2、轉速輸出設計

（1）轉速小于0%。經過K01開出繼電器擴展輸出，一個作為機組LCU DI點輸入判斷機組停機態條件，一個作為機組LCU 水機保護閉鎖邏輯判斷條件。

（2）轉速小于1%。直接硬布線接點輸出至勵磁調節柜，用于判斷機組停機穩態，停勵磁。

（3）轉速小于5%。經過K02開出繼電器擴展輸出，一個作為機組LCU DI點輸入判斷機組停機控制流程，電氣制動投入成功后轉速小于5%執行投入機械制動器，一個作為機組LCU 水機保護回路保護閉鎖邏輯條件。

（4）轉速大于5%。直接硬布線接點輸出至機組LCU DI點輸入，用于機組LCU開機啟動控制流程中升速過程判斷條件。

（5）轉速小于20%。經過K03開出繼電器擴展輸出，一個作為機組LCU DI點輸入判斷機組停機控制流程，電氣制動投入失敗后轉速小于20%執行投入機械制動器，一個作為機組LCU水機保護閉鎖邏輯條件。

（6）轉速小于30%。經過K04開出繼電器擴展輸出，分別送至機組發電機保護A/B屏DI點輸入。

（7）轉速大于50%。直接硬布線接點輸出至機組LCU DI點輸入，用于機組LCU停機控制流程中投入電氣制動邏輯判斷條件。

（8）轉速小于90%。經過K05開出繼電器擴展輸出，一個送至機組LCU主機DI點輸入，一個送至機組LCU水機保護回路。

（9）轉速大于90%。直接硬布線接點輸出至機組LCU主機DI點輸入判斷停止高壓油頂起裝置。

（10）轉速大于95%。經過K06開出繼電器擴展輸出，一個送至機組LCU主機DI點輸入判斷投勵磁用，一個送至勵磁調節柜用來判斷機組轉速。

（11）轉速大于115%。經過K07開出繼電器擴展輸出，一個送至機組LCU主機DI點輸入，一個送至機組LCU水機保護回路。

（12）轉速大于128%。經過K08開出繼電器擴展輸出，一個送至機組LCU主機DI點輸入作為跳機信號，一個送至機組LCU水機保護回路作為跳機信號。

3、測速裝置冗余設計

ZKZ-5轉速監測裝置外接2路齒盤信號，1路殘壓信號，三路信號做冗余配置，當主PLC工作時，以齒盤1 為主，當齒盤1異常時，會自動無擾切換至殘壓；當主PLC故障時，備PLC投入運行，此時以齒盤2為主，當齒盤2異常時，會自動無擾至殘壓。為防止干擾信號使輸出接點誤動作，過速信號繼電器（設定值128%）必須檢測到頻率信號在中心頻率，并有3s左右延時，當轉速達到設定值，繼電器才會動作開出信號。

4、過速信號拒動、誤動案例

（1）拒動案例：調速器接力器主用位移傳感器滑塊接頭斷裂，機組正常啟動，從零轉速升至140%額定轉速，純機械過速保護動作停機，過速信號未開出。

（2）誤動案例：抽水蓄能機組正常停機，轉速降至50%額定轉速時，電制動投入，PT信號丟失，此時若齒盤1信號丟失，機組存在高轉速加閘風險。

5、測速裝置冗余改進方案

（1）信號源冗余設計：當主PLC工作時，以齒盤1 為主，當齒盤1異常時，會自動無擾切換到齒盤2，當齒盤2異常時，會自動無擾切換至殘壓；當主PLC故障時，備PLC投入運行，此時以齒盤2為主，當齒盤2異常時，會自動無擾切換至齒盤1，當齒盤1異常時，會自動無擾切換至殘壓。

（2）輸出接點冗余設計：ZKZ-5轉速監測裝置輸出12路轉速報警開關量，其中10路報警信號可任意設置為升速或降速報警，轉速報警設定值范圍為0-200%，J11，J12為飛逸轉速報警點，只能設定為升速報警，轉速報警設定值>100%。為了防止干擾，J11，J12要報警開出需要機組轉速正常上升，需經過90%-95%之間，或者經過105%-110%之間，然后在上升至J11，J12報警設定值，J11，J12可報警開出。

6、結論

對于測速裝置這種重要系統，原先的測頻冗余是不夠完善的。增加1路齒盤測頻方式冗余，可以大大提高測頻的可靠性；設計測頻區間捕捉，可以防止測頻信號干擾，大大提高了輸出信號的可靠性。

溧陽電站針對測速裝置的冗余設計修改方案，大大提高了機組運行的安全可靠性，消除了機組并網運行中誤發過速信號的潛在隱患，對其它電站機組測速裝置冗余設計有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] 黃冰雪. 水電站機組測速裝置的改造[C]// 湖北省電工技術學會、武漢電工技術學會2013年度學術年會、“智能電網”暨“電機能效提升”發展論壇. 2013.

[2] 姜愛軍， 莊堅菱， 林禮清. 抽水蓄能機組過速信號誤動事故分析與防范[J]. 福建水力發電， 2016（1）：28-29.

[3] 莊堅菱 林禮清. 關于防止機組過速信號誤動方案的探討[J]. 抽水蓄能電站工程建設文集 . 2015：267-270