黑麋峰抽水蓄能電站機組振擺保護邏輯優化

陳福球，湯 巍，陳玉嬌

（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙410213）

1 設備現狀

1.1 系統簡介

黑麋峰公司機組振擺在線監測系統由上位機與下位機兩部分組成，制造廠家均為南京南瑞集團。每臺機組安裝1套下位機即現地振擺監測裝置，下位機系統主要包括：現地預處理機SJ90B、傳感器、交直流逆變電源系統、觸摸顯示屏，主要功能為實時處理、顯示傳感器過來的振擺數據，經分析處理后送往上位機，并通過邏輯判斷，出口振擺報警、跳機信號等。振擺監測系統上位機共安裝1套，型號為SSJ-9000，主要包括：WEB服務器（及軟件）、數據庫服務器（及軟件）、狀態監測分析軟件、報告編制系統、交直流逆變電源系統、觸摸顯示屏、交換機、安全防護裝置，主要功能為數據存儲與分析、報表統計、圖譜分析、事故追憶等。

1.2 現地振擺監測裝置測點

黑麋峰公司機組振擺在線監測系統每臺機組配置21個測點，分別為振動10個，擺度6個，鍵相1個，大軸位移3個，壓力脈動1個。機組傳感器測點見表1。

現地振擺監測裝置測點除現地傳感器過來的模擬量外，還有從監控系統輸入的通信量，如表2所示。

1.3 機組振擺數據統計及主要問題

1.3.1 機組振擺數據統計

2015年6、7 、8月份機組振擺數據統計如表3、表4、表5所示。

表1 機組傳感器測點清單表

表2 監控送至機組狀態在線監測裝置點表

表3 2015年6月份機組振擺數據 單位：μm

1.3.2 國標中關于振動、擺度數據的評價標準

GB/T 11348.5-2008旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定第5部分：水力發電廠和泵站機組，該標準將水輪發電機組在穩態運行時的轉軸相對振動劃分成兩個主要范圍：

1）大區A-B：振動值在此大區內的機組可以長期運行；

2）大區C-D：振動值在此大區內的機組具有較高的振幅，必須考慮機組具體的設計和運行條件，判斷振動值是否允許長期連續運行。

按照標準要求報警值推薦設置大區A-B上限的1.25倍。一般報警后，機組還可以繼續運行一段時間，以便查明振動改變的原因并確定補救措施。黑麋峰公司機組轉速為300r/min，按照該標準黑麋峰水輪發電機組在穩態運行時的軸系擺度大區A-B的上限為242μm。

表4 2015年7月份機組振擺數據 單位：μm

因此，根據國家標準，黑麋峰機組擺度運行值不得大于大區A-B上限的1.25倍即302μm。

（2）機組振動評價標準

花樣游泳所展現的技巧和美感，大致上和花樣滑冰、自由體操及芭蕾舞相同。但是花樣游泳的多數動作，是在水中腳上頭下進行的，有時一個動作需屏氣達五十秒之久，就力度和動作控制來說，難度遠比花樣滑冰等還大一些。

1）頂蓋振動

GB/T 15468-2006水輪機基本技術條件規定，額定轉速在250～375r/min，其頂蓋水平振動小于50μm；頂蓋垂直振動小于60μm。

表5 2015年8月份機組振擺數據 單位：μm

根據國家標準，黑麋峰公司機組頂蓋運行報警值：水平振動50μm；垂直振動60μm。

2）機架、定子鐵心振動

GB/T 8564-2003水輪發電機組安裝技術規范規定機組穩定運行范圍內，額定轉速在250～375r/min，帶推力軸承支架的垂直振動小于50μm；帶導軸承支架的水平振動小于70μm；定子鐵心部位機座水平振動小于20μm；定子鐵心振動（100Hz的允許雙振幅值）不大于30μm。

根據國家標準，黑麋峰公司機組機架運行報警值：垂直振動50μm，水平振動70μm；定子基座運行報警值：水平振動20μm；定子鐵心運行報警值：100Hz的允許雙幅振動值不大于30μm。

根據國家標準，綜合分析得出黑麋峰公司機組穩定性限值如表6所示。

表6 黑麋峰公司機組運行參數限值

1.3.3 振擺數據存在問題分析

（1）大軸擺度數據分析

據數據統計分析，黑麋峰公司機組大軸擺度基本符合機組運行限制要求，變化趨勢穩定，未見明顯異常。

（2）機組振動數據分析

1）4臺機組頂蓋振動普遍超過國家標準限值50μm，且幅值超出標準好幾倍，機組穩態運行時，4臺機組頂蓋振動值在100～300μm間浮動，偶爾跳動至350μm左右。其他部位振動數值基本符合國標要求。

2）振動探頭采用的是國產精信品牌，產品質量一般，穩定性不高，3號機組2015年檢修時，對振動探頭進行送檢時發現有5個探頭故障，由于振動探頭可靠性低的原因，故統計的振動數據可能與實際存在一定偏差。

1.3.4 當前振擺告警、保護動作邏輯

每臺機組現地振擺監測裝置設置一級報警與二級報警，均為開關量送往監控系統，一級報警作用于告警，二級報警通過裝置內部邏輯判斷后出口機組跳機信號，作用于停機。目前機組振擺保護尚未投入，故一級與二級報警值設置均較寬松，一級報警值為300μm，二級報警值為1000μm。

一級報警邏輯為單點延時告警，即任意一個振擺監測點數值超過300μm后，延時60s發告警信號，二級報警通過內部邏輯組態，然后延時輸出跳機信號，且目前一級、二級報警只在停機、發電、抽水、發電調相、抽水調相這5個穩態激活，其他過渡工況不觸發報警。二級報警邏輯組態流程見圖1～3。

圖2為抽水工況報警流程，其他4個穩態與抽水工況流程一樣，即判斷19個振擺監測點。

如圖3所示，當前二級報警跳機出口邏輯為所有19個振擺監測點數值均超過二級報警值，然后延時60s，驅動跳機繼電器K31、K32動作，將跳機信號送往監控系統。

圖2 抽水工況報警流程

2 優化方案

（1）結合黑麋峰機組實際情況與振擺國標參考值，建議黑麋峰機組振擺一級、二級報警值暫如表7所示。

（2）對一級報警與二級報警邏輯優化如下

1）一級報警在過渡工況下（即機組不在發電、抽水、發電調相、抽水調相這4個穩態時）觸發，延時60s出口報警，在穩態時觸發，延時5s出口報警。

2）二級報警只在穩態下觸發，通過邏輯組合后出口跳機程序，無報警，在過渡工況不激活跳機流程，同時，定子基座不設置二級報警值。在4個穩態時，跳機邏輯組態如下：

①如果上導擺度與上機架振動數值均觸發二級報警，則延時60s后出口跳機信號。

②如果下導擺度與下機架振動數值均觸發二級報警，則延時60s后出口跳機信號。

③如果水導擺度與頂蓋振動數值均觸發二級報警，則延時60s后出口跳機信號。

④如果大軸位移3個監測點數值均觸發二級報警，則延時60s后出口跳機信號。

圖3 二級報警跳機出口邏輯

表7 報警值建議表

3 預期達到的效果

通過梳理黑麋峰機組振擺監測系統當前運行情況及保護邏輯，提出符合黑麋峰機組實際的振擺邏輯優化方案，并根據最終優化方案投入黑麋峰機組振擺保護，提升機組的安全穩定運行監測水平。