水力發(fā)電機組緊急事故停機負荷處理方案分析

彭德民，王明軍，劉德龍，陳 沖

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京100038；2.中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙410004）

1 引言

隨著國內(nèi)水電行業(yè)的迅猛發(fā)展，水力發(fā)電已成為國家能源組成中不可或缺的重要組成部分。水電站水力發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行不僅關(guān)系到機組自身的設(shè)備安全，更關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定和電廠運行維護人員的人身安全。機組在運行過程中由于設(shè)備自身問題、設(shè)備老化、設(shè)備非正常工況運行或運行人員誤操作均會導(dǎo)致機組故障、機組事故的發(fā)生。為防止發(fā)生重大的水電站事故，采取適當(dāng)?shù)陌踩夹g(shù)措施，保證水力發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，是水電廠設(shè)計、建設(shè)及運行維護過程中的重中之重。

在機組事故或機組故障情況下如何避免事故進一步擴大，確保機組在較短的時間內(nèi)切除事故點并停運至安全狀態(tài)是每一個水電設(shè)計關(guān)注的重點。在機組順序控制中，緊急停機回路作為其重要組成部分，是機組發(fā)生事故時安全可靠停機的重要保證，機組緊急停機回路是水電站監(jiān)控設(shè)計中一個十分重要的環(huán)節(jié)[1]。國內(nèi)各水電站在機組緊急事故停機流程處理上大致相同，但在流程中的機組負荷處理方式卻不盡相同。有些電廠采用直接甩負荷的方式進行處理，有些電站采用減負荷再解列的方式進行處理，本文針對上述2種處理方式闡述了自身觀點，供其他人員參考。

2 機組緊急停機流程觸發(fā)條件、設(shè)計規(guī)范及國內(nèi)常規(guī)處理方法

水力機組緊急停機信號主要包括：機組二級電氣過速信號、機組機械過速信號、機組緊急停機按鈕動作、調(diào)速器緊急停機按鈕動作、水淹廠房緊急停機信號、快速門下滑至事故位置及機組一級電氣過速時調(diào)速器主配壓閥拒動等信號。上述任一事故信號動作均應(yīng)觸發(fā)機組緊急事故停機流程。

NBT35004-2013水力發(fā)電廠自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)范對機組發(fā)生緊急事故停機時機組停機流程進行了說明。機組發(fā)生過速等事故時，緊急停機的過程為：轉(zhuǎn)速升至第一上限且調(diào)速器主配壓閥拒動時啟動過速限制器（如果未設(shè)過速限制器，則直接關(guān)閉快速事故閘門或進水閥）。若轉(zhuǎn)速升至第二上限，則關(guān)閉快速事故閘門或進水閥。在機組發(fā)出的功率減至接近零時，跳閘、滅磁、停機[2]。

國內(nèi)水電廠在機組緊急事故停機過程中負荷處理上主要有2種方式（圖1、圖2）。圖1所示機組在發(fā)生緊急事故停機后，機組同時下發(fā)跳發(fā)電機出口斷路器開關(guān)、調(diào)速器緊急停機、調(diào)速器事故停機及關(guān)閉進水口事故門命令。在上述執(zhí)行過程中，機組直接甩掉所帶負荷，同時切斷機組水源，在機組與電網(wǎng)斷開且機組導(dǎo)葉關(guān)閉后退出勵磁系統(tǒng)，投入機械制動系統(tǒng)后退出油、氣、水系統(tǒng)；圖2所示機組在發(fā)生緊急事故停機后，機組首先下發(fā)調(diào)速器緊急停機、調(diào)速器事故停機及關(guān)閉進水口事故門命令。機組所帶功率小于設(shè)定值或?qū)~關(guān)閉至空載位置以下時下發(fā)跳發(fā)電機出口斷路器開關(guān)命令。在上述執(zhí)行過程中，首先切斷機組水源，待機組功率降到設(shè)定值時再與電網(wǎng)斷開，后續(xù)過程與圖1一致。

圖1 緊急停機流程甩負荷運行方式

圖2 緊急停機流程減負荷運行方式

3 緊急事故停機過程中負荷處理方式分析

機組緊急事故停機觸發(fā)條件包括人工干預(yù)因素、水淹廠房、閘門事故及機組過速等。造成上述事故原因主要劃分為機組電氣事故和機組機械事故。

當(dāng)機組發(fā)生電氣事故時，電氣事故會在極短時間內(nèi)對機組造成巨大傷害，為防止事故擴大，需將機組與系統(tǒng)迅速解列，同時由于電氣事故多半會破壞逆變滅磁的投入條件，故需要跳發(fā)電機滅磁開關(guān)[1]。此時，機組繼電保護系統(tǒng)迅速動作，實現(xiàn)機組與系統(tǒng)的電氣隔離。作為機組電氣事故的后備系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)同時啟動電氣事故停機流程并迅速動作跳開機組出口斷路器開關(guān)。機組甩負荷造成機組二級電氣過速情況出現(xiàn)時，機組緊急停機流程啟動。上述情況下，機組緊急停機流程采用圖2所示的流程盡快切斷機組水源將機組停下即可。

當(dāng)機組發(fā)生機械事故時，調(diào)速器故障會導(dǎo)致機組短時間內(nèi)轉(zhuǎn)速升高，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速超過限定值時觸發(fā)機組緊急停機流程。上述事故發(fā)生時，機組無電氣事故，從而不需要機組與系統(tǒng)立即實現(xiàn)電氣隔離，避免機組過速成為事故處理的主要矛盾。快速切斷機組水源就成為機組緊急停機流程的關(guān)鍵操作，此時應(yīng)立即動作調(diào)速器緊急停機電磁閥及事故停機電磁閥并關(guān)閉機組進水口閘門。機組是否與電網(wǎng)解列并不影響機組水源供應(yīng)，因此當(dāng)機組負荷接近為零或?qū)~處于空載位置以下時再執(zhí)行跳發(fā)電機出口 斷路器操作，使機組與電網(wǎng)斷開，并不會產(chǎn)生事故的擴大。如果機組緊急停機過程中切斷水源與跳發(fā)電機出口斷路器同時進行，機組快速甩負荷首先會對電網(wǎng)造成大功率突變的沖擊，同時會造成機組本身的過速或加劇過速過程，上述操作不僅影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，更會給機組帶來大的損壞。綜上，采用圖2所示的操作流程相對于圖1所示的操作流程在安全性上更高。

4 結(jié)論

結(jié)合機組緊急事故停機條件，緊急停機流程執(zhí)行方案及其結(jié)果，本文認為機組在緊急停機過程中應(yīng)按規(guī)范執(zhí)行，切斷機組水源后檢測機組負荷，待機組負荷小于設(shè)定值時再跳發(fā)電機出口斷路器。水力機組事故種類繁多，機械事故、電氣事故、緊急事故均會對機組安全運行帶來影響，流程設(shè)計工作者應(yīng)充分考慮每種事故觸發(fā)條件，綜合分析不同的控制流程對機組運行造成的影響，最終制定合理可行的控制流程方案，保證機組安全穩(wěn)定運行。