龍口20MW機(jī)組事故停機(jī)的原因分析與解決方案

趙喜波

(黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 太原 030000)

龍口水電站容量為20MW的機(jī)組非調(diào)峰期間向河道泄放基流，參與系統(tǒng)基荷運(yùn)行，其額定轉(zhuǎn)速為136.4 r/min，機(jī)組轉(zhuǎn)速測控裝置實(shí)時(shí)反映水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速運(yùn)行工況，將機(jī)組各轉(zhuǎn)速點(diǎn)輸出信號上送至監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)，為機(jī)組自動(dòng)開機(jī)、停機(jī)、緊急事故停機(jī)流程、機(jī)械事故停機(jī)流程、水機(jī)保護(hù)提供重要判斷依據(jù)，可靠性要求相對較高。

1 事故經(jīng)過

2017年10月26日11時(shí)43分38秒，龍口水電站20MW機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%ne(J6接點(diǎn))動(dòng)作，機(jī)組調(diào)速器主配拒動(dòng)，機(jī)組啟動(dòng)緊急事故停機(jī)流程甩負(fù)荷后停機(jī)，甩負(fù)荷前有功功率20MW,無功功率1Mvar。當(dāng)事件發(fā)生后，當(dāng)值值長根據(jù)報(bào)警信息，迅速令運(yùn)行值班人員檢查發(fā)電機(jī)層機(jī)組保護(hù)裝置、現(xiàn)地控制單元、測速裝置有無異常，并監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速變化情況，防止風(fēng)閘提前投入。現(xiàn)場檢查機(jī)組事故停機(jī)流程執(zhí)行完畢，保護(hù)裝置、測速裝置、現(xiàn)地控制單元未發(fā)現(xiàn)異常；現(xiàn)場檢查機(jī)組滅磁開關(guān)跳閘、出口開關(guān)跳閘；調(diào)速器系統(tǒng)、水車室無異常。

2 事故原因分析

檢修人員接到通知到達(dá)現(xiàn)場后，立即對測速裝置及緊急事故停機(jī)動(dòng)作情況進(jìn)行了檢查，緊急事故停機(jī)前，機(jī)組帶有功P=19.9046MW，無功Q=0.250MVar；機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)，出口開關(guān)、機(jī)組滅磁開關(guān)均為跳閘狀態(tài)；發(fā)變組保護(hù)裝置無保護(hù)動(dòng)作電氣事故信號；轉(zhuǎn)速測控裝置轉(zhuǎn)速為0.00ne，檢查過程中突然黑屏無顯示；現(xiàn)地控制單元2號柜內(nèi)水機(jī)回路停機(jī)繼電器點(diǎn)亮；調(diào)取監(jiān)控系統(tǒng)歷史曲線，事故前機(jī)組出口電流、電壓、頻率無異常波動(dòng)。監(jiān)控系統(tǒng)一覽表及歷史曲線如圖1、圖2所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)事故一覽表信息

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)歷史曲線

根據(jù)現(xiàn)場情況，逐步分析原因如下：

檢查一：機(jī)組緊急事故停機(jī)流程是由轉(zhuǎn)速115%ne接點(diǎn)上送至監(jiān)控，引起的監(jiān)控下位機(jī)流程啟動(dòng)。

檢查二：進(jìn)行縱向?qū)Ρ龋瑢Σ煌恢玫霓D(zhuǎn)速和測頻信號進(jìn)行對比，確認(rèn)轉(zhuǎn)速115%ne信號動(dòng)作來源。查詢監(jiān)控系統(tǒng)一覽表及歷史曲線，轉(zhuǎn)速裝置上送監(jiān)控的模擬量測頻信號的曲線呈上升趨勢，而機(jī)組出口電壓、機(jī)組測頻均無變化。

檢查三：在事故停機(jī)流程執(zhí)行中，因監(jiān)控執(zhí)行過程中，缺失低轉(zhuǎn)速檢測信號，導(dǎo)致機(jī)組無法正常停機(jī)，追查轉(zhuǎn)速信號來源為測速裝置，確認(rèn)轉(zhuǎn)速裝置接點(diǎn)輸出異常。

現(xiàn)場檢查分析判斷并剖析事故原因發(fā)現(xiàn)，故障點(diǎn)均指向轉(zhuǎn)速測控裝置故障，因其轉(zhuǎn)速115%ne接點(diǎn)誤動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行緊急事故停機(jī)流程后停機(jī)，此為事故停機(jī)的直接原因。

3 事故損失

事故造成一套機(jī)組轉(zhuǎn)速測速裝置損壞，機(jī)組執(zhí)行停機(jī)流程正常，機(jī)組主要部件未受到損傷，總計(jì)材料費(fèi)用約1.3萬元。

4 暴露的問題及防范措施

4.1 加快技術(shù)改造

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，轉(zhuǎn)速測控裝置是機(jī)組控制和水機(jī)過速保護(hù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保障著機(jī)組的安全運(yùn)行，為防止該事件重復(fù)發(fā)生，本著“預(yù)防為主”的原則，應(yīng)對龍口水電站20MW機(jī)組轉(zhuǎn)速測控裝置進(jìn)行換型改造。

4.2 加強(qiáng)備品備件管理

本次事件發(fā)生后，因現(xiàn)場發(fā)生故障裝置有備品備件，故緊急搶修過程比較順利，在很短的時(shí)間完成了相關(guān)試驗(yàn)并恢復(fù)了備用，故備品備件管理在設(shè)備應(yīng)急管理中起著重要的作用。為加強(qiáng)備品備件管理，應(yīng)采取的防范措施如下：對重要設(shè)備的備品備件及時(shí)梳理，及時(shí)補(bǔ)充備件計(jì)劃，對有缺失或過期的備件及時(shí)補(bǔ)充。

4.3 抓好日常巡檢維護(hù)

加強(qiáng)主設(shè)備巡檢力度，加大消缺力度，避免主設(shè)備缺陷發(fā)展為隱患，日常巡檢工作中，要及時(shí)觀察機(jī)組關(guān)于轉(zhuǎn)速的監(jiān)測量，進(jìn)行有效的對比，確認(rèn)設(shè)備可靠運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速模擬量的異常或轉(zhuǎn)速接點(diǎn)的誤動(dòng)現(xiàn)象，及時(shí)作出處理，防止事故擴(kuò)大。

5 解決方案

為防止該事件重復(fù)發(fā)生，結(jié)合現(xiàn)場其他機(jī)組轉(zhuǎn)速裝置的使用情況，將事故機(jī)組使用的轉(zhuǎn)速測控裝置進(jìn)行換型改造，新轉(zhuǎn)速測控裝置的測量輸入源在原有一路齒盤一路PT兩路基礎(chǔ)上，新增一路齒盤輸入，即一路PT信號和兩路齒盤輸入；換型后裝置為雙電源供電，即一路交流和一路直流；為防止裝置故障引起開停機(jī)時(shí)流程的執(zhí)行問題，將程序進(jìn)行優(yōu)化處理，將故障的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低。

5.1 測控元件優(yōu)化

20MW機(jī)組轉(zhuǎn)速測控裝置設(shè)備陳舊，故障發(fā)生率較高，測頻精度不高，將轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級改造為SPCT系列裝置，采用兩路齒盤測量傳感器和一路PT作為信號源。

5.1.1 電源回路優(yōu)化

原轉(zhuǎn)速測控裝置僅一路交流電源供電，且與柜內(nèi)其他裝置電源共用，現(xiàn)將該裝置的電源于該盤柜內(nèi)其他設(shè)備的電源分離，即一路交流電源和一路直流電源分別獨(dú)立供電。

5.1.2 輸入信號源冗余及二次接線優(yōu)化

5.1.3 報(bào)警信息完善

換型后的轉(zhuǎn)速測控裝置具有傳感器斷線閉鎖、傳感器故障功能，可將傳感器回路存在的異常工況實(shí)時(shí)上送至監(jiān)控系統(tǒng)，且測控裝置上電、掉電接點(diǎn)不誤動(dòng)。

5.2 流程優(yōu)化處理

5.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)上下位機(jī)測點(diǎn)定義描述優(yōu)化

按原設(shè)計(jì)定值，相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)數(shù)據(jù)庫及下位機(jī)觸摸屏的對應(yīng)測點(diǎn)定義描述均修改，并保持一致。在不改變原來轉(zhuǎn)速接點(diǎn)含義的基礎(chǔ)上，簡化報(bào)警輸出，方便運(yùn)行人員監(jiān)盤查看。

5.2.2 監(jiān)控流程的防誤閉鎖

在監(jiān)控流程中，轉(zhuǎn)速信號直接影響機(jī)組開機(jī)、停機(jī)流程，為防止因裝置故障而影響機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)正常的流程下發(fā)，在流程中增加防誤閉鎖，防止轉(zhuǎn)速裝置接點(diǎn)誤動(dòng)作引起機(jī)組風(fēng)閘過早加閘或水車室鎖錠過早投入等意外情況，擴(kuò)大損傷發(fā)電機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)組事故擴(kuò)大。

因此執(zhí)行防誤閉鎖程序，在流程中增加合適的時(shí)間。通過程序的處理，降低了事故擴(kuò)大的可能。監(jiān)控下位機(jī)程序的優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 監(jiān)控下位機(jī)程序優(yōu)化

5.3 改進(jìn)措施后效果

實(shí)施效果一：新增一路齒盤測速探頭，將原來的單根角鋼更換為槽鋼(見圖4)，固定探頭的支架更加緊固，測量的源頭更可靠。

更有一個(gè)企業(yè)借助電商模式積極地?fù)肀ЫK端市場，他們組建自己的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺，甚至“割肉”舍棄部分原有渠道，下沉終端，與有實(shí)力的種植平臺對接、合作，將產(chǎn)品、技術(shù)、服務(wù)有效結(jié)合形成合力。這種合作模式，在我國當(dāng)下的農(nóng)村市場中極具生命力和活力。正如全國農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心首席專家高祥照所言：“服務(wù)是農(nóng)資行業(yè)永恒的主題，只不過隨著農(nóng)業(yè)新形勢的發(fā)展，服務(wù)的內(nèi)容和方式在發(fā)生變化。重新構(gòu)架服務(wù)模式需要整個(gè)行業(yè)付諸實(shí)踐和努力。”

圖4 工作人員檢查傳感器固定架構(gòu)及間隙測量

實(shí)施效果二：電源回路由原來的交流供電，更改為兩路直流電源供電，可靠性明顯提高，且輸出回路化繁為簡。控制回路的優(yōu)化(見圖5)，消除了潛在的寄生回路隱患，方便檢修人員維護(hù)。

圖5 獨(dú)立電源開關(guān)及控制回路優(yōu)化前后對比

實(shí)施效果三：監(jiān)控執(zhí)行流程更加嚴(yán)謹(jǐn)，模擬量輸出更加穩(wěn)定(見圖6)，簡報(bào)信息更簡潔，方便運(yùn)行人員巡檢和監(jiān)盤。

圖6 轉(zhuǎn)速測控回路優(yōu)化前后監(jiān)控上位機(jī)轉(zhuǎn)速曲線對比

實(shí)施效果四：監(jiān)控執(zhí)行流程中增加轉(zhuǎn)速防誤閉鎖，確保機(jī)組在執(zhí)行事故動(dòng)作流程的過程中，仍能保持機(jī)組機(jī)械設(shè)備的正常動(dòng)作，而不會(huì)出現(xiàn)事故擴(kuò)大等情況。

5.4 投運(yùn)試驗(yàn)

設(shè)備更新完畢，需要進(jìn)行模擬水輪發(fā)電機(jī)組開機(jī)、停機(jī)、事故停機(jī)等流程試驗(yàn)，靜態(tài)驗(yàn)證設(shè)備的可靠性，在機(jī)組靜態(tài)檢修工作全部結(jié)束以后，進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)組的真機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，在保障安全的情況下，手動(dòng)開機(jī)組導(dǎo)葉，使機(jī)組輕微地轉(zhuǎn)動(dòng)即可，驗(yàn)證探頭的安裝間距是否滿足要求，固定部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件有無接觸摩擦，各部件檢查無異常后，繼續(xù)增加導(dǎo)葉開度，觀察測速環(huán)節(jié)運(yùn)行正常后，方可執(zhí)行正常自動(dòng)的開機(jī)和停機(jī)流程，注意如果探頭與齒盤間距調(diào)整不當(dāng)，水輪機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性將會(huì)破壞測速探頭并造成設(shè)備損壞。

6 應(yīng)急處置預(yù)案

a.當(dāng)事件發(fā)生后，應(yīng)迅速檢查發(fā)電機(jī)層測速裝置及機(jī)組相關(guān)設(shè)備，并監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速變化情況。

b.將機(jī)組導(dǎo)葉切為手動(dòng)方式運(yùn)行，風(fēng)閘制動(dòng)需要手動(dòng)操作，防止風(fēng)閘提前投入。

c.檢查調(diào)速器系統(tǒng)、水車室、流程的正常執(zhí)行情況。

d.檢修人員對故障部位進(jìn)行檢查，并及時(shí)消除故障。

7 結(jié) 語

通過對機(jī)組測頻的硬件設(shè)施以及控制流程進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，提高了20 MW水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測頻鏈路的運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性，保障了發(fā)電機(jī)組非調(diào)峰期間河道的正常泄放基流，消除了因測控回路故障引發(fā)的機(jī)組嚴(yán)重事故隱患，保障了龍口電站水輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為電網(wǎng)的穩(wěn)定作出了重要貢獻(xiàn)。

8 思考及建議

a.焊接固定工作應(yīng)注意人員安全，防止人員高空墜落，防止工器具高空墜落。

b.齒盤間隙調(diào)整須由專業(yè)人員進(jìn)行。

c.試驗(yàn)過程必須有人監(jiān)護(hù)，出現(xiàn)突發(fā)情況須緊急關(guān)閉機(jī)組進(jìn)水口導(dǎo)葉。

d.機(jī)組試運(yùn)期間，禁止一切有關(guān)人員在水力機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件上工作。

e.加強(qiáng)主設(shè)備巡檢力度，加大消缺力度，避免主設(shè)備缺陷發(fā)展為隱患。