抽水蓄能電站推力外循環系統故障分析

宋 濤

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發電有限公司,江蘇溧陽 213334)

0 引言

某抽水蓄能電站安裝6臺單機容量為250MW的可逆式發電電動機組,總裝機容量1500MW。電站以500kV一級電壓、兩回出線接入電網,單回線路長約37.5km。電站承擔電網調峰、填谷、事故備用、調頻、調相等任務。自投產以來,機組運行安全穩定,啟動成功率、等效可用系數、綜合轉換效率等各項指標良好。電站正常情況運行方式為一抽兩發,在迎峰度夏期間為頂早晚高峰,運行方式最大達到了兩抽三發。機組啟停頻繁,運行時間長,推力外循環系統的穩定運行對于機組可靠性指標十分重要。

1 推力外循環系統

1.1 推力外循環系統組成

抽水蓄能電站推力外循環冷卻系統一般采用強迫外循環水冷的方式,由兩臺循環油泵、油過濾器、兩臺冷卻器、管路及自動化元件等組成。由循環油泵和管路系統以及水冷卻器實現強迫油循環水冷卻,冷卻后的潤滑油送入油槽對軸承進行冷卻和潤滑。推力外循環系統推力軸承外循環路徑為(以油泵為起止點):油泵-壓力開關-油過濾器-水冷卻器-油槽-推力軸承-油泵,見圖1。

圖1 推力外循環機械部分系統圖

圖2 推力外循環油泵二次控制圖

圖3 推力外循環油泵接線圖

2.2 推力外循環系統運行方式

推力外循環兩臺油泵控制方式有“自動”、“手動”和“切除”三種,正常情況下兩臺油泵控制方式切至“自動”位置,并且一臺主用一臺備用,主備用油泵可自動切換,切換周期為1次。自動方式下,循環油泵接受機組輔助控制柜的啟動和停止命令。油泵的啟動方式采用變頻啟動,此方式下啟動過程中不會產生沖擊力拒,能夠使電機平滑啟動。

2.3 推力外循環控制邏輯

機組從停機態向停機熱備流程執行過程中,機組現地監控柜開出“機組啟動信號”送至機組輔助控制柜。輔助控制柜PLC內部程序判斷:(1)油泵具備啟動條件。(2)油泵控制方式在“自動”,判斷成功后,推力外循環啟動柜收到來自機組輔助控制柜的油泵啟動命令,并且無油泵停止命令,變頻裝置啟動運行,啟動成功后,變頻裝置將循環油泵啟動信號反饋至機組輔助控制柜和監控。

油泵啟動條件具備需同時滿足以下三個條件:(1)變頻裝置沒有熱過載故障。(2)變頻裝置沒有報警信號。(3)電源監視繼電器沒有動作。

2.4 推力外循環油泵壓力低停泵邏輯

推力外循環油泵出口安裝有壓力開關,用來監視油泵出口壓力并參與油泵控制,當油管路壓力低于0.6MPa時,壓力開關動作,并將“壓力低”信號送至機組輔助控制柜PLC。推力外循環系統正常運行方式下(兩臺循環油泵控制方式在自動位置且具備啟動條件),機組輔助控制柜收到“機組啟動”信號后,開出“推力外循環主用泵啟動”命令,推力外循環主用泵啟動且無壓力低信號,機組輔助控制柜再開出“推力外循環備用泵停止”命令,閉鎖備用泵啟動。當主用泵運行過程中,壓力開關動作,機組輔助控制柜PLC收到“壓力低信號”后,延時5s,開出“推力外循環主用泵停止”命令,同時開出“推力外循環備用泵啟動”命令,主用泵停止運行,備用泵啟動。

3 推力外循環系統故障及原因分析

工作中一臺機組運行過程中上位機收到推力外循環2號泵運行復歸信號,1號泵未啟動,機組延時停機,上位機監控報文見表1,機組停機啟動源見表2。

表1 故障發生時的報文

表2 機組停機啟動源

根據表1、表2可見上位機報“3號機組推力外循環2號泵啟動復歸”,40s后3號機組停機,因此判斷推力外循環1號及2號泵未運行是機組延時停機的直接原因。油泵出口壓力曲線如圖4所示。

圖4 故障發生時推力外循環油泵出口壓力曲線

從圖4中可以看出,3號機組推力外循環2號油泵自00:45開機運行至02:30,油泵出口壓力并未出現明顯下降情況(2.7MPa),初步懷疑推力外循環2號泵并未停止運行。后經現場驗證,當上位機收到推力外循環2號泵運行復歸信號時該泵實際仍在運行,而推力外循環1號泵(備用泵)因不滿足“油泵出口壓力低于0.6MPa”這一條件而未啟動。后續觀察發現推力外循環2號泵的變頻裝置轉速在700～900r/min之間波動,造成油泵啟動信號復歸,實際油泵未停止運行。通過進一步檢查發現變頻裝置轉速達到900r/min時開出“油泵啟動”,轉速下降至850r/min以下開出“油泵啟動復歸”信號。由此可以判斷故障點為2號油泵變頻裝置內部故障。

4 處理措施及后續運行情況

故障出現立即到現場檢查確認推力外循環1號和2號油泵能否正常啟動,同時監視機組正常停機到穩態,并將3號機組優先權置最后作為備用機組。手動啟動推力外循環1號和2號油泵正常,將推力外循環油泵優先權強制置“1號泵主用”,將2號泵作為備用泵,確保機組可用。經更換變頻裝置推力外循環系統運行恢復正常,后續更改完善PLC邏輯程序,并將變頻裝置故障信號、油泵啟動失敗信號及油泵出口壓力低信號遠傳至上位機,便于監視設備運行狀態和快速判斷故障范圍。

5 改進措施

5.1 完善推力外循環油泵啟停邏輯

推力外循環系統PLC邏輯優化情況如下:(1)輔助控制柜開出油泵啟動令,延時20s未收到主用泵運行信號(正常啟動成功時間為18s),則開出“主用泵啟動失敗信號”,啟動備用泵。(2)主用泵在運行過程中,PLC收到“油泵出口壓力低信號”,延時5s后開出“油泵出口壓力低報警信號”,啟動備用泵。(3)主用泵運行過程中,主用泵運行信號丟失,立即啟動備用泵,收到備用泵啟動成功信號后,延時停主用泵。

5.2 完善監控系統數據信息采集

對抽水蓄能電站輔助設備和公用設備本體上的報警信息進行梳理,將一些關鍵設備的報警信息送至監控,以便中控室監盤人員及時發現報警,及時采取措施避免機組在運行過程中發生解列等異常情況。

5.3 避免機組帶風險運行

機組在啟動過程中報油泵故障或壓力低停泵啟動備用泵運行時,若全廠有備用機組可用的情況下,可在機組并網前將該機組停機,啟動備用機組滿足負荷計劃的要求,避免推力外循環系統或其它系統單泵運行增加機組運行的風險。

5.3 嚴格執行設備傳動及試運轉管理制度

機組檢修工作完成后,對機組具備冗余配置的設備進行主備用切換試驗,確保各主用設備故障時,備用設備能在規定延時內自動啟動成功,避免機組運行過程中,主用設備故障或異常停止,備用設備未啟動造成機組解列的情況發生。

6 結語

抽水蓄能電站承擔電網調峰填谷和緊急備用以及消納新能源、區外來電的重要任務,機組啟停頻繁,運行時間長,對機組輔助系統設備提出了更高要求,因此我們需要加強對輔助系統設備的日常巡視及狀態分析,舉一反三,由點到面加強設備的狀態管理,提高設備健康水平,保障電站長周期安全穩定運行。