一起發(fā)電機模擬電氣事故停機導(dǎo)葉未全關(guān)事件分析

解志 羅天貴 吳廷野 何學(xué)艷 徐曉偉

摘要：機組模擬電氣事故停機是檢驗機組停機流程、調(diào)速器、勵磁裝置、繼電保護及管路等的設(shè)計、制造和安裝質(zhì)量最重要的試驗項目之一，是水輪發(fā)電機投入商業(yè)運行前的一項重要試驗。本文深入剖析一起發(fā)電機模擬電氣事故停機導(dǎo)葉未全關(guān)事件分析，找到事件的原因，并提出后期避免類似事件相應(yīng)的處理辦法，供后期同類型水電組甩負荷時參考。

關(guān)鍵詞：電氣事故;導(dǎo)葉;事件分析

Abstract：Unit simulated electrical accident shutdown is one of the most important test items to test the design， manufacturing and installation quality of unit shutdown process， governor， excitation device， relay protection and pipeline. It is also an important test before hydro generator is put into commercial operation. This paper deeply analyzes an event that the guide vane is not fully closed during the simulated electrical accident shutdown of the generator， finds out the cause of the event， and puts forward the corresponding treatment methods to avoid similar events in the later stage， which can be used as a reference for the load rejection of the same type of hydropower unit in the later stage.

Keywords：Electrical accident;Guide vane;Event analysis

引言

某巨型水電站安裝12臺850MW水輪發(fā)電機機組，電站裝機容量10200MW，是國家“西電東送”的骨干電源點，左右岸各安裝6臺水輪發(fā)電機組。右岸機組額定轉(zhuǎn)速為93.75r/min，機組上游設(shè)置快速閘門，快速閉門時間3.5min，分別在中控室模擬返回屏、快速閘門現(xiàn)地控制柜和水輪機后備保護柜設(shè)置快速閘門閉門按鈕。機組設(shè)置三級過速保護，電氣一級過速定值為轉(zhuǎn)速大于115%額定轉(zhuǎn)速，電氣二級過速定值為轉(zhuǎn)速大于148%額定轉(zhuǎn)速，機械過速定值為轉(zhuǎn)速大于155%額定轉(zhuǎn)速，其中電氣一級過速動作&2個以上的剪斷銷剪斷則延時2S落快速閘門，電氣二級過速和機械過速動作延時1S落快速閘門。機組設(shè)置有電氣事故保護（MARK0）、一類機械事故（MARK1）和二類機械事故（MARK2）保護。其中發(fā)電機及主變電氣主保護動作后啟動緊急停機流程，一類機械事故和二類機械事故動作后啟動快速停機流程。緊急停機流程：解列——停調(diào)速器——投機械制動——投鎖定、停水導(dǎo)外循環(huán)系統(tǒng)——投蠕動探測——停高壓油系統(tǒng)——液壓系統(tǒng)，輔助設(shè)備等——機組技術(shù)供水系統(tǒng)運行。快速停機流程：動作緊急停機電磁閥——解列——停勵磁——停調(diào)速器——投機械制動——投鎖定、停水導(dǎo)外循環(huán)系統(tǒng)——投蠕動探測——停高壓油系統(tǒng)——液壓系統(tǒng)，輔助設(shè)備——機組技術(shù)供水系統(tǒng)運行。同時快速停機流程第一步（動作緊急停機電磁閥）超時（26S）&導(dǎo)葉空載開度以上&導(dǎo)葉不在關(guān)位&轉(zhuǎn)速大于115%額定轉(zhuǎn)速或者緊急停機流程第二步（停調(diào)速器）超時（26S）&導(dǎo)葉空載開度以上&導(dǎo)葉不在關(guān)位將動作調(diào)速器事故配壓閥。

模擬電氣事故停機是水輪發(fā)電機投入商業(yè)運行前一項重要實驗，是驗證水輪發(fā)電機組保護及停機流程可靠性的重要方法。某大型水電站7#水輪發(fā)電機組滿負荷運行時模擬發(fā)電機電氣事故停機時導(dǎo)葉未快速回關(guān)導(dǎo)致機組過速運行超過7分鐘。機組停機后檢查發(fā)現(xiàn)，由于機組高轉(zhuǎn)速持續(xù)運行約七分半，對發(fā)電機內(nèi)部詳細檢查后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極上段17個磁極拉桿絕緣墊塊松動，下段2個磁極拉桿絕緣墊塊松動，轉(zhuǎn)子大軸引線一處軟連接出現(xiàn)斷股。本文就事件現(xiàn)象、原因、處理過程及影響進行分析，提出相應(yīng)的建議。

1事件經(jīng)過及現(xiàn)象

XXXX年X月XX日00：04分7F機組滿負荷運行，導(dǎo)葉開度93%，00：04：24調(diào)試人員模擬發(fā)電機差動保護動作，00：04：24至00：04：27監(jiān)控報出如下信息：機組緊急停機流程啟動動作、7F機組出口開關(guān)207分閘動作、直流滅磁開關(guān)S101分閘動作[1]、7F調(diào)速器停機電磁閥投入動作、7F調(diào)速器主配壓閥不在關(guān)位動作、04：27 7F機組轉(zhuǎn)速>115%動作、7F事故配壓閥投入動作。

發(fā)電機差動保護動作后緊急停機電磁閥[2]投入并在3S內(nèi)調(diào)速器導(dǎo)葉開度由93%快速下降至63%隨后導(dǎo)葉回關(guān)速度降低，00：05時導(dǎo)葉開度回關(guān)至45%左右后回關(guān)速度進一步變慢，最終導(dǎo)葉開度維持在41%左右保持不變。在此過程中機組最大轉(zhuǎn)速146.95%Ne，緊接著由于導(dǎo)葉開度維持在41%左右，機組轉(zhuǎn)速保持在137%左右，如圖1所示。

2事件原因分析、改進措施及建議

2.1事件原因分析

按照設(shè)計發(fā)電機差動保護動作后將啟動緊急停機流程并將導(dǎo)葉按照設(shè)計的分段關(guān)閉規(guī)律快速回關(guān)，不應(yīng)動作事故配壓閥，并且若事故配壓閥動作后導(dǎo)葉應(yīng)快速關(guān)閉，從而防止機組長時間過速運行。調(diào)速器事故配壓閥滿足如下條件之一將動作：快速停機流程第一步動作時間>26s&導(dǎo)葉空載開度以上&導(dǎo)葉不在全關(guān)位置;緊急停機流程第二步動作時間>26s&導(dǎo)葉空載開度以上&導(dǎo)葉不在全關(guān)位置電氣一級過速;緊急停機或快速停機流程啟動&導(dǎo)葉空載開度以上&導(dǎo)葉不在全關(guān)位置&主配不在關(guān)位&電氣一級過速。

按照涉及計算機監(jiān)控系統(tǒng)事故配壓閥自啟動流程的程序如下：緊急停機或快速停機流程啟動&導(dǎo)葉空載開度以上&導(dǎo)葉未在全關(guān)位置&主配不在關(guān)位&電氣一級過速。但在檢查事故配壓閥自啟動流程的程序時發(fā)現(xiàn)7F事故配壓閥自啟動流程的程序里未寫入“主配不在關(guān)位”這一條件，從而導(dǎo)致緊急停機過程中電氣一級過速時事故配壓閥就立即動作并聯(lián)動全關(guān)導(dǎo)葉，但實際導(dǎo)葉開度從93%左右關(guān)至41%左右后保持不變。

由于導(dǎo)葉開度保持在41%左右不變，機組轉(zhuǎn)速過高，防止事件進一步擴大，00：08：37調(diào)試人員采用按下水輪機后備保護柜上緊急停機按鈕來啟動水機流程并下發(fā)停機流程去動作調(diào)速器關(guān)閉導(dǎo)葉，按下水輪機后備保護柜緊急停機按鈕后監(jiān)控二類機械事故停機標(biāo)志動作，但由于其啟動快速停機流程的優(yōu)先級低于電氣事故啟動的緊急停機流程，所以監(jiān)控并未啟動快速停機流程，僅水機啟動了事故停機流程（停機流程啟動優(yōu)先級：MARK0>MARK1>MARK2）。監(jiān)控仍舊執(zhí)行緊急停機流程第二步超時480s時快速閘門才會自動落快速閘門，即00：10：24時才會落門。

為了使機組盡快停下來，00：09：49調(diào)試人員按下水輪機后備保護柜上的快速閘門閉門按鈕，00：10：21 MARK0（快速閉門動作+快速閘門開度<80%）動作，由于其優(yōu)先級高于電氣事故啟動的緊急停機流程，因此快速停機流程啟動，緊急停機流程復(fù)歸。當(dāng)流程執(zhí)行至第四步時由于調(diào)速器導(dǎo)葉無法回關(guān)且機組轉(zhuǎn)速也未降至20%以下，因此00：18：52快速停機流程第四步（停調(diào)速器）超時退出。

在接下來進一步檢查處理中發(fā)現(xiàn)機組調(diào)速器事故配壓閥油源閥本體在全關(guān)位，但監(jiān)控顯示為全開位，導(dǎo)致事故配壓閥動作后但其壓力油源中斷導(dǎo)致導(dǎo)葉無法繼續(xù)回關(guān)。00：14左右調(diào)試人員將事故配壓閥油源閥開啟，事故配壓閥壓力油源正常，導(dǎo)葉開始回關(guān)至00：14：21導(dǎo)葉全關(guān)。事故配壓閥油源閥全關(guān)原因是事故配壓閥油源閥閥體存在內(nèi)漏，安裝時對油源閥進行整體更換，但更換后閥門位置監(jiān)測傳感器與閥門操作機構(gòu)不匹配，因此未將位置傳感器回裝，因此并未將閥門位置實際狀態(tài)信號上送監(jiān)控系統(tǒng)，調(diào)試人員為了滿足調(diào)速器開機要求在監(jiān)控上將事故配壓閥油源閥狀態(tài)強制為全開。

由于調(diào)試人員按下快速閉門按鈕后水機后備保護PLC在執(zhí)行事故停機流程，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速下降至20%以下時水機后備保護PLC開出投入機械制動命令，水機流程結(jié)束并將機組停下來。機組停機后調(diào)試人員手動單步將水導(dǎo)系統(tǒng)、高壓油系統(tǒng)、制動粉塵吸收裝置、油霧吸收裝置、滑環(huán)碳粉吸收裝置停運，退出制動風(fēng)閘和投入蠕動探測裝置。

2.2事件改進措施

該起事件后進行以下改進措施：一是檢查所有機組事故配壓閥的自啟動程序，并進行全面驗證;二是逐一檢查調(diào)速系統(tǒng)主供油閥的位置反饋信號是否與閥門本體一致;三是增加一路觸發(fā)快速門快速落門的出口回路，具體邏輯如下：停調(diào)速器運行時間超過35秒&導(dǎo)葉空載開度以下取非&導(dǎo)葉全關(guān)取非&轉(zhuǎn)速大于115%額定轉(zhuǎn)速。采取以上措施后，后續(xù)的模擬保護及后期運行中再未出現(xiàn)類似事件，取得了較好的效果。

2.3建議

該起事件主要是監(jiān)控系統(tǒng)事故配壓閥自啟動流程程序不完善和調(diào)速器事故配壓閥油源閥未打開所致，建議機組接管初期及檢修后調(diào)試人員要對設(shè)備狀態(tài)和保護程序全面檢查核對，檢查過程中要兩人配合并做好記錄，嚴(yán)格執(zhí)行操作監(jiān)護制，特別是調(diào)速器等重要的輔助設(shè)備。試驗前要對監(jiān)控系統(tǒng)上強制的數(shù)據(jù)點全面核實，解鎖不必要的強制點，防止數(shù)據(jù)點誤強制，做好事故預(yù)想和應(yīng)急預(yù)案，必要時應(yīng)進行應(yīng)急演練。

在試驗過程中不能過度依賴于設(shè)備自身的保護程序，要加強監(jiān)視，熟悉監(jiān)控系統(tǒng)流程圖，掌握設(shè)備動作邏輯，加強流程運行狀態(tài)的監(jiān)視，及時判斷和發(fā)現(xiàn)事故過程中設(shè)備異常動作狀態(tài)及后果，做好手動干預(yù)的準(zhǔn)備。比如遇到快速停機過程中若水機流程并未啟動，停機流程超時后落門并退出流程等情況時，應(yīng)及時投入高壓油系統(tǒng)，并手動投入機械制動風(fēng)閘輔助機組盡快停機，防止機組長時間在低轉(zhuǎn)速區(qū)轉(zhuǎn)動損傷軸瓦，加強監(jiān)視主軸密封和頂蓋排水的運行狀態(tài)，對各轉(zhuǎn)動部位和錐管進人門等詳細檢查。事件處理告一段落后要及時檢查設(shè)備狀態(tài)，將異常設(shè)備狀態(tài)及時調(diào)整至正常備用狀態(tài)。如該事件過程中由于監(jiān)控停機流程退出，僅水機流程正常動作完畢，因此大部分輔助設(shè)備無法自恢復(fù)到機組正常備用時的狀態(tài)，需人為操作。

3結(jié)語

本文詳細分析了一起發(fā)電機模擬電氣事故停機導(dǎo)葉未全關(guān)導(dǎo)致機組過速運行事件的過程、原因及處理過程，能為水電站機組處理和避免類似問題提供參考和借鑒。調(diào)速系統(tǒng)對水輪發(fā)電機的正常運行至關(guān)重要，電站運維人員必須保證調(diào)速系統(tǒng)的安全可靠才能確保機組的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]林祖建.混流式機組甩負荷異常問題的分析及處理.福建水力水電，（2018）01-008-01

[2]黃菊珠.山美水電站機組甩負荷事件分析.廣西水力水電，（2020）04-0087-03

作者簡介：解志（1991-），男，漢族，云南宣威人，工程師，從事水電站運行管理工作。