水电机组顺序控制设计研究

袁歆平

摘要:文章针对水电机组处于5种不同的工作状态,探讨了其作业条件及机组的顺序控制,包括停机-空转操作程序、空载-发电操作程序、发电-空载操作程序、空转-停机操作程序、事故停机操作程序、励磁事故操作程序、机组过速操作程序等,对水电站的安全和持续供电具有重大意义。

关键词:水电机组;顺序控制;空载;励磁事故

中图分类号:TV663

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)18-0027-03

水轮发电机组是水电站的核心设备,而水轮发电机组的顺序控制开停机是水电站的常规工作,对水电站的安全和持续供电具有重大意义。对于常规水电厂的机组,机组处于5种状态的转换之中,即:停机态、空转态、空载态、发电态和不定态(前四种状态的过渡状态称为不定态),机组的开机、停机、解列、解列后并网等操作,就是机组在停机态、空转态、空载态、发电态四种状态之间的转换。

一、机组顺序操作程序设计要点

随着机组自动化程度的提高,开始将微机或以微机为基础的可编程控制器(PLC)或工控机用于水电厂监控系统,以实现机组的顺序操作。通过几十年的运行实践,充分证明了采用微机实现机组顺序操作具有技术先进、功能强、性能可靠、实时性高等优点,因此得到了广泛的应用。目前,在机组顺序操作程序设计中应作如下考虑:

1.在操作人员发出机组操作命令后,PLC可以自动按预先设定的流程完成全部的操作,也可以在操作人员干预下进行单步操作。

2.停机命令优先于发电命令,并在开机过程中,空转态、空载态、发电态均可以执行停机命令。一旦执行停机命令,其它控制均被禁止。

3.对每一操作命令,都要检查其执行情况,当某一步操作失败使设备处于不允许的运行状态,程序设置相应的控制,使设备进入某一稳定的运行状态。

4.操作过程中,若机组设备发生事故,或运行状态发生变化,不允许操作继续进行时,应自动中断过程使程序退出。

二、机组顺序控制程序设计

各种水力机组的自动控制接线可能有许多差别,但其控制程序大体上是相同的。水电站机组顺序控制主要有以下几种程序:

(一)停机-空转操作程序

1.机组处于起动准备状态时,应具备下列条件:进水压力正常;机端隔离刀闸合;无机电事故或故障;制动闸无压;出口断路器分;制动闸全部落下;调速器自动态;导叶至全关;接力器锁锭退出。

2.开机条件满足后,等待现地或远方的开机令。

3.接收到现地或远方的开机令后,开启蝶阀,其间包括:开启旁通阀,直到两侧水压基本平衡;蝴蝶阀前后压差满足,退出蝶阀锁锭;开启蝴蝶阀,直至蝴蝶阀全开;然后开冷却水电磁阀,为水轮机注入冷却水,直至总冷却水压力正常;接着发调速器开机令,调速器接到命令后,导叶开启直至空载,机组转速>85%Ue,进入空载状态。

(二)空载-发电操作程序

1.空载-发电操作程序是机组开机流程的部分,主要是自动准同期装置动作并网发电的过程,从空载状态开始,发发电令,合机端隔离刀闸,判断机端断路器处于分状态并检查机组是否无机电事故及故障。

2.确定之后投同期装置,由自动准同期装置判断并网条件来合出口断路器,合上断路器后退出同期装置。

3.设定有、无功基荷,机组进入发电状态。

(三)发电-空载操作程序

1.停机时,从发电状态同时发解列、空转、停机令,设定有功和无功功率(P、Q)值为最小,限时5min使P、Q降至最小。

2.P、Q降至最小后,跳机端断路器,机组进入空载状态。

3.机组停机包括正常停机和事故停机。正常停机时,由操作人员发出停机命令,然后按规定顺序完成全部停机操作:起动开、停机过程监视逻辑,监视停机过程。发电-空载操作程序是正常停机控制流程的一部分,主要是发电机解列的过程。

(四)空转-停机操作程序

空转-停机操作程序是正常停机控制流程的最后一部分,主要是调速器降速停机的过程。

1.从空转状态发调速器停机令,延时2分使水轮发电机的转速将为85%额定转速(n<85%ne)。

2.然后关闭蝴蝶阀,导叶全关,1分半钟以后使水轮发电机的转速将为30%额定转速(n<30%ne),P、Q降至最小后,跳机端断路器,机组进入空载状态。

3.当n<30%ne,投入制动电磁阀,判断制动闸顶起、有压,然后延时90秒使ne<5%,复归制动电磁阀。

4.当n<5%ne,关冷却水电磁阀,直至冷却水全关,机组关机完成。

(五)事故停机操作程序

水机事故停机和紧急停机操作程序都是在水轮发电机组出现故障时操作的,与正常停机控制流程不同,要求最快时间停机。

事故停机包括水机事故停机和紧急停机两种。水机事故停机时调速器发急停令,导叶关至空载位置,延时20秒后直接跳开出口断路器和灭磁开关,延时4秒后断路器跳开,停机完成。而紧急停机时除了调速器发急停令外,还要同时关蝶阀,如果延时2分钟蝶阀没有全关,关闭快速阀门并报警。

(六)励磁事故操作程序

发电机励磁系统在电力系统中占有极为重要的地位。当电力系统在正常运行时,发电机励磁电流的变化主要影响电网电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。在某些故障情况下,发电机端电压降低将导致电力系统稳定水平的下降,严重影响供电质量。如果在系统发生故障时发电机能够迅速增大励磁电流,则可以维持电网电压水平及稳定性。同步发电机励磁系统在保证电能质量,无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的作用。

水电站中励磁事故影响巨大,具体的励磁事故程序控制流程如图1所示:

(七)机组过速操作程序

机组过速对机组和电站都会造成不良后果,在进行监控系统设计时必须考虑,具体的机组过速程序控制流程图如图2所示:

水轮发电机组的转速由调速器进行调节,当机组转速持续上升而调速器调速失灵时,转速信号装置将发出机组过速信号,操作事故配压阀关闭机组导水机构,使机组停机。但若此时转速信号装置无法发出过速信号或电厂直流电源故障,无法操作事故配压阀油阀的先导电磁阀,则机组的转速会继续升高,直至机械液压过速保护装置的摆锤动作,触发换向电磁阀动作,直接操作事故配压阀停机回路,关闭机组导水机构,使机组停机。

三、结语

根据水电站机组的实际情况,对主要顺序控制程序进行了设计,包括开机、正常停机、事故停机、紧急停机、励磁事故、机组过速等,实现了水电站机组自动控制的主要功能。

参考文献

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