某次機組發電啟動失敗的原因分析

李廣亮，白云飛

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200）

1 引言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣，是一座日調節純抽水蓄能電站，共安裝4臺立軸單級混流可逆式水泵水輪機組，單機容量300 MW，總裝機容量為1 200 MW，自2006年底全部投入商業運行以來，在華東地區承擔調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用任務。機組發電開機時，先由停機到水輪機狀態，再執行步序62-1（發電機電壓＞90%、勵磁運行）、步序62-2（發電機出口開關合閘），執行完后，機組到發電工況。根據機組跳閘邏輯，當開機過程中，出現步序前提條件不滿足時，機組自動轉停機流程。本文主要分析步序62-2（主要用于同期合閘）前提條件不滿足，導致機組轉停機的原因。

2 異常現象及分析與處理

2.1 情況梳理

某次事故發生過程如下：

13：47：01成組控制2號機組發電命令 有效。

13：48：00 2號機轉速 ＞98% 是。

13：48：01 2號機轉速 ＞110% 是。

13：48：25 2號機勵磁 V/Hz限制動作 動作。

13：48：29 2號機轉速 ＞90% 否。

13：48：33 2號機電壓 ＞90% 否。

13：48：33 2號機流程報警。

13：48：33 2號機步序 62-2前提條件不滿足 是。

13：48：34 2號機停機轉換命令正在執行 是。

13：54：05 2號機停機工況 是。

（1）由上述信號可知，此次2號機發電啟動失敗，是由于步序62-2（用于同期合閘）前提條件不滿足導致自動轉停機。首先查看步序62-2邏輯（圖1）可知，步序62-2的前提條件為：

1）步序62-1完成即GBX_STP_62_1_OK（該步序完成需滿足反饋機端電壓U＞90%&勵磁投入）；

2）機組在空載狀態（GBX_NLS_DEF）& 機組發電命令（GBX_GOO）& 步序62-1未完成（即 GBX_STP_62_1_OK取反）；

上述2個條件1）和2）同時丟失，會報“步序62-2前提條件不滿足”。

圖1 步序62-2順控流程圖

查看事件列表，發現“2號機電壓＞90%否”信號是導致步序62-2前提條件不滿足的原因。

（2）鑒于上位機及現場盤柜均無勵磁報警信號，且機組停機過程中電制動能夠正常投入，勵磁方面的故障可以基本排除。上位機有“2號機轉速＞110%”紅色報警信號且持續10 s后復歸，接著出現“2號機轉速＞90%否”，綜合事件列表分析判斷應是轉速波動導致電壓下降至90%以下。

導致轉速波動的可能原因有：

1）調速器邏輯存在異常。

2）調速器控制回路故障。

3）導葉開度位置反饋傳感器故障。

2.2 問題排查

（1）運維人員通過調速器監控系統對2號機調速器邏輯進行在線檢測，未發現調速器邏輯異常情況。

（2）運維人員現場檢查2號機GT現地控制盤（=02 U+GT01）內端子接線正常無松動，相關輸入輸出模塊工作正常，因此2號機調速器控制回路故障可排除。

（3）運維人員趕赴2號機水車室，現場檢查2號機調速器導葉開度位置反饋傳感器，發現導葉開度位置反饋傳感器1=02 U+MA20-CG0001連桿球接頭軸承的球頭與球頭座脫開，現場人員將連桿球頭與球頭座連接好后，上位機及現場電調盤上顯示導葉開度恢復到正常值0。

正常情況下，發電開機流程走到S6-4后，監控給調速器發啟動命令。調速器收到啟動命令后，按一定的速度開導葉到空載開度，轉速也隨之上升，轉速到90%左右時，調速器進入轉速調節模式，開始根據轉速對導葉開度進行細調。

此次2號機開停機過程中的導葉開度及轉速曲線如圖2所示。

階段1：機組開機時調速器收到啟動命令后，導葉開度正常上升，開度值從0變化至11.7%，尚未到達空載開度，且此時轉速較低，未進入轉速調節。

階段2：因導葉開度反饋傳感器連桿球接頭軸承的球頭和球頭座脫開，導葉開度一直顯示在11.7%，由于這個階段導葉開度設定值是一直增大的，而調速器邏輯中收到的導葉實際值沒有變化，從而計算出的比例閥設定值使得主配一直往開方向動作。

因為液壓回路沒有問題，所以主配正常動作，導葉實際開度將會繼續增大。因為收到的實際值沒有變化，導致調速器邏輯中判斷為導葉實際值與設定值差值也一直在增大，從而會讓主配往開方向動作更大，導葉開的更快，轉速上升也加快。這樣就導致了本次開機過程中，轉速上升比正常情況下快了許多。

圖2 2號機開停機過程中導葉開度和轉速變化曲線

轉速到90%之后調速器進入轉速調節模式，調速器根據機組轉速相對100%的差值以及變化趨勢，計算出的導葉開度設定值比當前值小，從而使得主配往關的方向動作，實際導葉開度也將減小。

但由于此前轉速上升過快，在慣性作用下，轉速最高還是到了110%以上。之后，關導葉的效果體現出來，轉速開始下降。和轉速上升同樣的道理，導葉實際開度已經減小了，而調速器邏輯中收到的開度實際值仍未變化，就會進一步加大主配往關方向的動作值，導葉開度繼續減小，而當轉速下降趨勢較大或者已經小于100%時，調速器又會計算出主配往開方向動作，但因為此時導葉實際開度已經很小，轉速下降過快，機組轉速低于90%后，過了4 s左右時間間隔，機端電壓低至90%以下，導致步序62-2前提條件不滿足轉停機。

階段3：由于導葉開度反饋傳感器連桿球接頭軸承的球頭已與球頭座脫開，傳感器連桿已處于自由狀態，因機組振動原因，導致連桿向前滑動，導葉開度實際值突變為17.2%，并保持不變，直到機組停穩后導葉開度仍顯示為17.2%。

（4）關于調速器導葉位置反饋主備用關系切換的說明：我廠調速器導葉位置反饋傳感器共有兩個，一主用一備用。查看調速器邏輯可知，正常時優先使用導葉位置反饋傳感器1，當導葉位置反饋傳感器1出現故障且傳感器2正常時，會切換至傳感器2主用，邏輯詳見圖3。

當出現導葉位置信號采集模塊硬件故障（PT.SW.DI.F.PEOOTM1、PT.SW.DI.F_WG_POS）或導葉位置反饋信號超出正常設定值上下限時，調速器邏輯就會判斷該導葉位置反饋傳感器故障，判斷邏輯如圖4。

圖3 導葉位置反饋傳感器主備用關系切換邏輯

圖4 導葉位置反饋傳感器故障判斷邏輯

結合此次事件相關信號分析，雖導葉位置反饋傳感器連桿球接頭軸承球頭與球頭座脫開，但傳感器本身并無故障且傳感器上送開度值未超出正常設定值范圍，因此未出現導葉位置反饋傳感器故障，也就未發生導葉位置反饋傳感器主備用切換。

2.3 確定故障點

經運維人員現場檢查，發現2號機導葉開度位置反饋傳感器1連桿球接頭軸承由于長時間動作磨損，球頭座接口已明顯偏大，加上機組開機過程中振動較大，導致連桿球接頭軸承球頭從球頭座中脫落，造成導葉開度變化異常，是此次機組開機失敗的原因。

由上述分析可知，本次事件發生的大致過程為：2號機發電開機過程中，當執行到步序62-2時，由于2號機導葉開度反饋傳感器1連桿球接頭軸承球頭從球頭座中脫落，導葉開度反饋值不會變化。從而導致調速器增減導葉開度時存在超調現象，機組轉速快速下降，2號機勵磁V/Hz限制動作，隨后機端電壓降至90%以下，導致步序62-2前提條件（步序62-1完成即GBX_STP_62_1_OK）不滿足，2號機發電開機啟動失敗。

3 結束語

抽水蓄能機組在電網調節中扮演重要角色，因此提高機組發電成功率意義重大。針對以上分析，根據實際情況提出幾點建議：

（1）舉一反三，結合機組定檢對導葉開度反饋傳感器健康狀態進行檢查，發現異常及時更換。

（2）建立機組元器件相關設備臺賬，對于使用頻繁且多年仍未更換的元器件，縮短維護周期，結合機組檢修有計劃性的進行更換。

（3）與調速器廠家溝通，進一步優化調速器導葉位置反饋傳感器主備用切換邏輯。