萬安電廠水輪機(jī)組分段關(guān)閉控制程序優(yōu)化與應(yīng)用

吳 元

（國電萬安水力發(fā)電廠，江西 吉安343800）

0 引言

現(xiàn)在萬安電廠1～4號(hào)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)的分段關(guān)閉裝置由液控節(jié)流控制閥、分段電磁閥（或分段電磁配壓閥）和分段關(guān)閉閥組成。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生事故需要緊急停機(jī)或甩負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)葉緊急關(guān)閉至一定的開度，即關(guān)閉至分段關(guān)閉動(dòng)作設(shè)定的拐點(diǎn)位置，由下位機(jī)現(xiàn)地LCU判斷分段關(guān)閉動(dòng)作的PLC控制程序開出一個(gè)分段關(guān)閉電磁閥投入動(dòng)作信號(hào)，電磁閥投入動(dòng)作后控制油進(jìn)入液控節(jié)流控制閥，對回油進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)分段關(guān)閉。

分段關(guān)閉控制程序設(shè)計(jì)合理，判據(jù)可靠，能確保事故出現(xiàn)需緊急停機(jī)或甩負(fù)荷導(dǎo)葉緊急關(guān)閉至拐點(diǎn)位置時(shí)正確開出動(dòng)作信號(hào)；但在機(jī)組正常運(yùn)行停機(jī)過程中，導(dǎo)葉處于拐點(diǎn)位置時(shí)，為避免機(jī)組正常停機(jī)時(shí)間過長，分段關(guān)閉控制程序一般不開出動(dòng)作信號(hào)。

1 分段關(guān)閉程序使用的現(xiàn)狀

（1）該廠1～4號(hào)機(jī)水輪機(jī)組均為105 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)，分段關(guān)閉動(dòng)作由電磁閥勵(lì)磁、導(dǎo)葉拐點(diǎn)到來接通導(dǎo)葉關(guān)閉反向油壓，使分段關(guān)閉投入；而電磁閥的投入與復(fù)歸主要由機(jī)組下位機(jī)PLC控制程序開出，且為雙線圈控制，即投入線圈和復(fù)歸線圈；其中投入動(dòng)作條件有下面兩種情況：

1）事故低油壓≤2.75 MPa且壓板在投入，或者保護(hù)總出口信號(hào)過來了，或者瓦溫保護(hù)動(dòng)作，三者滿足任一條件時(shí)啟動(dòng)電氣事故停機(jī)自啟動(dòng)流程，開出分段關(guān)閉電磁閥投入動(dòng)作，程序如下：

831：FOR I：=2 TO MAX_CTRL_OBJECT_NO-1 DO

SEQ_INFO[I]：=SEQ_INFO_ZERO；

END_FOR；

SEQ_INFO[1].CSTEP：=835；

835：OUT[44]：=2000；（*投分段關(guān)閉電磁閥DPP*）

OUT[39]：=-1；（* 投緊急事故電磁閥 *）

OUT[86]：=-1； （*投緊急事故電磁閥（冗余點(diǎn)）*）

OUT[47]：=5000；（* 調(diào)速器停機(jī)令 *）

SEQ_INFO[1].CSTEP：=836；

另外，當(dāng)機(jī)組滿足自啟動(dòng)條件走機(jī)械事故停機(jī)或緊急事故停機(jī)流程時(shí)，最后都是自動(dòng)調(diào)用電氣事故停機(jī)流程，也同樣會(huì)開出分段關(guān)閉電磁閥投入動(dòng)作。

2）機(jī)組走上位機(jī)甩負(fù)荷流程時(shí)，上位機(jī)發(fā)甩負(fù)荷令后，程序判斷出口斷路器位置條件，滿足條件開出分?jǐn)嗦菲餍盘?hào)，同時(shí)開出分段關(guān)閉電磁閥投入信號(hào)，程序如下：

從以上程序可以看出，只有在收到上位機(jī)甩負(fù)荷令和出口斷路器在合位置等信號(hào)判據(jù)時(shí)才會(huì)開出分段關(guān)閉電磁閥投入動(dòng)作。

（2）該廠水輪機(jī)組分段關(guān)閉電磁閥的復(fù)歸，則只在空轉(zhuǎn)至停機(jī)流程中才會(huì)自動(dòng)復(fù)歸。在機(jī)組不停機(jī)情況下若因?yàn)楣ぷ餍枰獙Ψ侄侮P(guān)閉電磁閥進(jìn)行復(fù)歸時(shí)，則需要人為用頂針對復(fù)歸電磁閥線圈進(jìn)行操作，所以在多次甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中，總是需要運(yùn)行人員多次前往現(xiàn)場復(fù)歸分段關(guān)閉電磁閥，工作流程上極為不便。

2 分段關(guān)閉控制程序的問題分析

導(dǎo)葉緊急關(guān)閉發(fā)生的原因：①機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)發(fā)生電氣、機(jī)械事故時(shí)跳開出口開關(guān)或主變高壓側(cè)開關(guān)，電調(diào)的并網(wǎng)判據(jù)不滿足或有停機(jī)令，導(dǎo)葉關(guān)閉至空載或全關(guān)；②機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，無事故或緊急情況需要投入緊急停機(jī)電磁閥，或緊急停機(jī)電磁閥誤投入造成緊急停機(jī)的情況。在緊急停機(jī)關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)，分段關(guān)閉裝置控制程序需要正確開出投入動(dòng)作，使分段關(guān)閉裝置投入，改變水輪機(jī)導(dǎo)葉的關(guān)閉速度，使機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值和引水系統(tǒng)的壓力上升值控制在允許范圍內(nèi)，以避免發(fā)生抬機(jī)和因?yàn)檫^勵(lì)燒壞勵(lì)磁設(shè)備等情況發(fā)生。

針對以上兩種導(dǎo)葉緊急關(guān)閉的情況，結(jié)合萬安電廠實(shí)際情況，在執(zhí)行過程中將有可能出現(xiàn)如下幾種問題：

（1）直接跳開關(guān)甩負(fù)荷（或遠(yuǎn)端甩負(fù)荷），不投分段關(guān)閉。

由于PLC程序中只針對上位機(jī)甩負(fù)荷流程和走事故停機(jī)流程時(shí)才自動(dòng)投入分段關(guān)閉電磁閥，當(dāng)直接跳開關(guān)甩負(fù)荷或遠(yuǎn)端甩負(fù)荷時(shí)則沒有投分段關(guān)閉的自啟動(dòng)流程；尤其是在機(jī)組正常運(yùn)行期間，遇緊急情況需要跳開關(guān)實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速解列時(shí)，導(dǎo)葉將快速關(guān)閉至空載。當(dāng)?shù)綄?dǎo)葉快速關(guān)閉至拐點(diǎn)位置后，由于此時(shí)程序中無分段關(guān)閉電磁閥開出動(dòng)作，導(dǎo)致分段關(guān)閉裝置不投入，將很有可能造成機(jī)組過速，嚴(yán)重時(shí)可能造成抬機(jī)。

（2）導(dǎo)葉鋼絲繩斷裂，分段關(guān)閉過早投入造成機(jī)組過速。

如圖1所示，在緊急停機(jī)時(shí)，分段關(guān)閉裝置控制拐點(diǎn)依靠重錘拉動(dòng)凸輪上的反向鋼絲繩，鋼絲繩帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)導(dǎo)葉鋼絲繩由于長期拉拽磨損出現(xiàn)斷裂時(shí)，分段關(guān)閉控制閥此時(shí)因?yàn)槿鄙賹?dǎo)葉鋼絲繩的牽制直接被重錘提前拉拽至拐點(diǎn)位置，此時(shí)在現(xiàn)有事故流程和上位機(jī)甩負(fù)荷流程中，事故一過來（或上位機(jī)甩負(fù)荷操作檢測到開關(guān)位置在合）立即開出分段關(guān)閉電磁閥，此時(shí)由于拐點(diǎn)位置提前到來，反作用于接力器關(guān)腔油路導(dǎo)通使分段關(guān)閉過早投入。在機(jī)組轉(zhuǎn)速實(shí)際并未降下來的情況下，這時(shí)由于分段關(guān)閉的過早投入將會(huì)減緩導(dǎo)葉關(guān)閉速度，造成機(jī)組過速，這種情況下將導(dǎo)致功率柜一直強(qiáng)勵(lì)甚至燒壞勵(lì)磁設(shè)備。

圖1 分段關(guān)閉液壓系統(tǒng)圖

（3）不停機(jī)情況下因分段關(guān)閉未自動(dòng)復(fù)歸，造成機(jī)組負(fù)荷增減緩慢。

該廠水輪機(jī)組分段關(guān)閉電磁閥現(xiàn)有流程中，只有在執(zhí)行停機(jī)流程過程中才會(huì)自動(dòng)復(fù)歸，缺少不停機(jī)情況下自動(dòng)復(fù)歸流程。當(dāng)機(jī)組未停機(jī)情況下執(zhí)行空載至發(fā)電流程時(shí)，再次增減負(fù)荷，導(dǎo)葉接力器由于受分段關(guān)閉閥反向關(guān)腔油壓作用無法實(shí)現(xiàn)快速打開與關(guān)閉，造成負(fù)荷增減緩慢，嚴(yán)重影響機(jī)組的調(diào)節(jié)速率。

3 分段關(guān)閉控制程序的優(yōu)化

由以上分段關(guān)閉控制程序分析可以看出，當(dāng)前的程序已經(jīng)不符合機(jī)組運(yùn)行實(shí)際條件，需對分段關(guān)閉投入與復(fù)歸程序進(jìn)行優(yōu)化，以滿足所有可能情況下緊急停機(jī)時(shí)分段關(guān)閉準(zhǔn)確投入與復(fù)歸的要求。

（1）分段關(guān)閉動(dòng)作條件修改

考慮到現(xiàn)有流程中投分段關(guān)閉電磁閥開出與實(shí)際需要開出的情況嚴(yán)重不匹配，所以修改甩負(fù)荷流程和電氣事故停機(jī)流程，取消兩個(gè)流程中“投分段關(guān)閉電磁閥”的開出和判“分段關(guān)閉投入？”的判句。

在機(jī)組下位機(jī)PLC程序中增加分段關(guān)閉投入自啟動(dòng)流程，自啟動(dòng)條件設(shè)定為：“頻率＞50.7 Hz”、“導(dǎo)葉開度≤25%”和“機(jī)組在非檢修態(tài)”。當(dāng)以上條件相繼均滿足時(shí)，流程開出“投分段關(guān)閉電磁閥”，其中“頻率＞50.7 Hz”取自本機(jī)組轉(zhuǎn)速裝置開出點(diǎn)，“導(dǎo)葉開度≤25%”信號(hào)取自水車室上游側(cè)主令控制器，PT殘壓和齒盤測速信號(hào)選擇邏輯與的關(guān)系。主要流程步驟如圖2。

圖2 分段關(guān)閉自啟動(dòng)判斷

流程分析：當(dāng)機(jī)組運(yùn)行過程中突然出現(xiàn)跳出口開關(guān)甩負(fù)荷或者遠(yuǎn)端甩負(fù)荷情況，或者機(jī)組事故緊急停機(jī)情況時(shí)，機(jī)組頻率將快速上升，調(diào)速器一次調(diào)頻動(dòng)作限制機(jī)組頻率的上升，這時(shí)需要通過減小導(dǎo)葉開度來限制機(jī)組頻率的上升，調(diào)速器不停檢測機(jī)組頻率是否超過正常頻率值，如果大了則繼續(xù)關(guān)導(dǎo)葉，至空載開度位置。

當(dāng)導(dǎo)葉開度關(guān)至≤25%，且此時(shí)機(jī)組為非檢修態(tài)情況下，開出“分段關(guān)閉電磁閥”投入信號(hào)，分段關(guān)閉裝置投入。通過以上條件判斷直接投分段關(guān)閉，

圖3 分段關(guān)閉自動(dòng)復(fù)歸判斷

流程分析：增加以上分段關(guān)閉自啟動(dòng)復(fù)歸流程后，機(jī)組在正常運(yùn)行情況下，只要“導(dǎo)葉開度＞30%”、“分段關(guān)閉在投入位置”和“機(jī)組在非檢修態(tài)”條件滿足，流程自動(dòng)開出“分段關(guān)閉電磁閥”復(fù)歸信號(hào)，使得機(jī)組不會(huì)因?yàn)榉侄侮P(guān)閉在投入而影響到調(diào)節(jié)速率。加上原先停機(jī)流程中保留的復(fù)歸分段關(guān)閉流程，將在所有情況下均可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組分段關(guān)閉的自動(dòng)復(fù)歸，確保了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（3）分段關(guān)閉投入及復(fù)歸流程修改優(yōu)勢分析

增加修改以上自啟動(dòng)流程后，可以有效防止機(jī)組因跳開關(guān)后快速關(guān)閉導(dǎo)葉過程中不投分段關(guān)閉，和因?qū)~鋼絲繩斷裂后機(jī)組過早投入分段關(guān)閉等情況的發(fā)生，通過多個(gè)條件判定可以很準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)分段關(guān)閉裝置的投入與復(fù)歸，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全確保了分段關(guān)閉投入的準(zhǔn)確性，避免了不走上位機(jī)甩負(fù)荷流程和事故停機(jī)流程就不投分段關(guān)閉的情況出現(xiàn)。

（2）分段關(guān)閉復(fù)歸條件的修改

考慮到該廠分段關(guān)閉電磁閥只有在走停機(jī)流程時(shí)才會(huì)復(fù)歸，缺少不停機(jī)也可以自動(dòng)復(fù)歸的流程，所以決定在機(jī)組下位機(jī)PLC程序中增加分段關(guān)閉自動(dòng)復(fù)歸流程。流程判“導(dǎo)葉開度＞30%”、“分段關(guān)閉在投入位置”和“機(jī)組在非檢修態(tài)”，當(dāng)以上條件相繼均滿足時(shí)，流程自啟動(dòng)開出“分段關(guān)閉電磁閥”復(fù)歸信號(hào)。主要流程步驟見圖3。性和穩(wěn)定性能。

4 結(jié)束語

部分水電廠在分段關(guān)閉控制程序中，只將分段關(guān)閉投入點(diǎn)（拐點(diǎn)）作為判據(jù)，在做試驗(yàn)過程中雖然可以滿足調(diào)保計(jì)算的要求，但沒有結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，未考慮到分段關(guān)閉有可能不投入、或者拒投入和不自動(dòng)復(fù)歸的情況。通過完善和優(yōu)化投入及復(fù)歸流程，能確保分段關(guān)閉控制程序正確開出動(dòng)作，既滿足調(diào)保計(jì)算要求，也符合運(yùn)行工況，提高了機(jī)組的運(yùn)行性能，為企業(yè)帶來的安全效益。