发电机组进水口事故门启闭机事故的分析与改进

2013-06-08庞友谊易宏斌

船电技术 2013年7期

庞友谊，易宏斌

（1. 中国葛洲坝集团机械船舶有限公司，湖北宜昌 443007；2. 武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

0 引言

水轮发电机组是水电站的核心装置。当水轮发电机组或压力钢管发生事故时，为防止事故扩大，必须迅速在2 min内切断水流，从而在进水口必须设置闸门即事故闸门，而事故闸门启闭机就是一种专用于操作快速下降事故闸门的一种启闭设备。为保证事故闸门在事故时可以快速关闭，事故闸门启闭机应有现地操作和远方操作两套系统，并应配有可靠电源。

某天下午13时许，受冰雪天气影响，某电站送出的工程4回500 kV线路均出现断线或倒杆现象，造成电站机组或孤网运行、或解列停机、或事故停机。在电站的机组出现故障时，操作人员按下进水口启闭机事故落门远方按钮后，进水口启闭机正常下降约3分钟后，其主电源停电，后来主电源又来电，启闭机发生“飞车”故障，造成电机、减速器等损坏事故。1#机组进水口闸门非正常下闸，其固定卷扬式启闭机电机损坏两台、钢丝绳受损、减速器也出现了故障。

1 事故分析

1.1 事故门启闭机电控系统分析

该电控系统主要由施耐德昆腾（140系列）PLC、施耐德ATV71系列变频器等构成，如图1。

控制回路见图2。启闭机控制分为现地控制和远方控制。现地控制时，开关1SAH转换到现地位置，通过开关3SAH的切换来实现闸门的提门或落门。远方控制时，开关1SAH转换到远方位置，正常提门时：远方通过MB+通讯发出提门指令给PLC，PLC输出模块D01②点有输出（见图3），KC01得电动作，提门继电器1KA1得电动作，工作制动器继电器1KM11得电动作，安全制动器继电器1KM12延时（1KT）得电动作,（见图3），同时1#变频器工作，工作制动器打开、安全制动器延时打开，电动机正转，闸门上升，闸门上升到顶部时，限位开关动作，1KA01得电动作，1KA3得电动作，1KA3的1-6常闭触点断开，闸门停止上升。在其操作回路还串有变频器故障继电器1KA22、启闭机过载继电器KC06，即当变频器故障或启闭机过载时，提门继电器1KA1失电动作，1#变频器停止工作，工作和安全制动器制动，闸门停止。正常落门时情况与提门相似。

机组发生事故时，紧急进行事故落门，由启闭机远方厂房给一个命令，使事故继电器KA01得电动作，不通过限位开关保护（1KA3的1-6常闭触点）、变频器故障继电器1KA22（2-10常闭触点）、启闭机过载继电器KC06（1-9常闭触点）的保护而直接使落门继电器1KA2得电动作，1#变频器工作，工作制动器打开、安全制动器延时打开，电动机反转，闸门落下（见图3）。

1.2 事故过程分析

按照事故记录表中的远方LCU记录的1F进水口闸门动作记录，事故发生的整个过程分析如下： 13：44：01操作人员在厂房机组LCU处，按下事故停机按钮（图3）； KA01动作---1KA2动作---正常落门），1秒钟后（13：44：02）启闭机的变频器开始运行，启闭机的工作及安全制动器相继打开，启闭机正常下降，8秒钟后（13：44：10）1F进水口2#事故门全开限位开关复位（原处于动作状态）、19秒钟后（13：44：21）1F进水口1#事故门全开限位开关复位、21秒钟后（13：44：23）1F进水口3#事故门全开限位开关复位；3分32秒后（13：47：35），启闭机主电源（交流380 V）断电，与此同时变频器停止运行（电机运行复归1KA21、2KA21、3KA21复位），制动器断电制动；启闭机主电源（交流380 V）断电（13：47：35）48秒钟（13：48：15）后，启闭机主电源（交流380 V）来电，与此同时启闭机安全和工作制动器立即打开（因为有直流220 V的UPS不间断电源供电从而使给PLC供电的24 V电源一直有电，即PLC一直处于正常工作状态，造成KA01继电器自保持见图4；1KA2、2KA2、3KA2动作见图3；1KM11（2）、2KM11（2）、3KM11（2）动作见图3；1#启闭机工作、安全制动器立即打开），而此时变频器一通电才进入自检过程，电机处于无电源、几乎是自由落体状态（除门槽、卷筒等有一定的阻力外），几秒钟后变频器自检过程完成，而此时PLC由于有直流220 V不间断电源，继电器KC02、KC10、KC18一直吸合，变频器自检过程完成后，变频器进入下降能耗制动状态，这对闸门起到一定的制动作用，一定程度上控制了闸门的下降速度，但由于前面变频器自检过程中，闸门处于自由落体状态，速度超过电机本身的极限速度，造成电机“飞车”（电机定子线圈被转子上飞掉的平衡件所损坏），变频器报“电机短路”故障，闸门继续高速下降，直到闸门全关行程开关（1KA04、2K04、3KA04）动作，工作及安全制动器才闭合，但此时闸门的下降速度非常快，制动器已无法刹住！（在制动盘上有高速刹车形成高温而留下来的发蓝痕迹）；2分钟26秒后（13：50：39）1F进水口3#事故门到底，2分钟37秒后（13：50：50）1F进水口1#事故门到底，2分钟39秒后（13：50：52）1F进水口2#事故门到底。

2 本事故门启闭机在此次事故中暴露的问题

本事故门启闭机在此次事故中暴露的设计方面问题：第一，设计时，未充分考虑到极端情况下，启闭机运行过程中，380 V交流主电源可能全部断电（如本事故），在380 V交流主电源恢复时，按照此启闭机的设计，变频器在还没有建立力矩前（自检过程），制动器就立即打开，从而造成电机“飞车”事故；第二，此启闭机的设计，在380 V交流主电源全部断电的情况下，事故门启闭机的工作、安全制动器均无法打开！也就是说：当机组发生事故时，而380 V交流主电源又全部断电的情况下，事故门无法落下，起不到保护机组的作用！第三，在启闭机输入总电源处，没有相序继电器，无法防止电源缺相、相序反造成事故；第四，没有零位、失压保护功能，即在启闭机处于现地手动状态下运行过程中，如遇到380 V交流主电源断电，而手动开关3SAH未转换到切除位置，当380 V交流主电源再次来电时，启闭机将立即启动，非常危险。

3 本事故门启闭机的改进

根据本事故门启闭机在此次事故中暴露的设计方面问题，我们对本事故门启闭机进行如下改进。

第一，变频器的运行输出信号接点应串入制动器的控制回路中，即变频器自检完成后有一个变频器准备好的信号输出点，把该信号输出点串入工作制动器回路中（1KA1的7-11常开触点与1KM11线圈之间，即串入一个1KA21的常开触点），用于防止变频器在还没有建立力矩前（自检过程），制动器就打开，从而造成电机“飞车”事故；第二，为保证闸门在事故时可以快速关闭，水利水电工程钢闸门设计规范（SDJ13-78）规定，快速闸门启闭机，应有就地操作和远方操作两套系统，并应配有可靠电源。由于机组发生事故时可能影响到启闭机的交流电源供应，远方操作系统一般采用由厂房内蓄电池组供应的直流电源。所以，为了当机组发生事故时，事故门能落下，起到保护机组的作用，又不会造成启闭机等设备的损坏，宜采用快速事故门设计。第三，在启闭机输入总电源处，增加相序继电器，防止电源缺相、相序反造成事故；第四，在隔离变压器TC1的输出端,加失压保护回路，手动提、落门转换开关3SAH改用两个按钮分别控制手动提、落门，从而实现零位、失压保护功能。

4 结论

本事故门启闭机由于设计上存在的问题，又碰到极端情况，造成了启闭机“飞车”事故，启闭机的减速器、电机、制动器、钢丝绳均受到损坏，不仅启闭机本身需修复，而且还影响机组重新投产的时间，经济损失极大。

所以，相关设计人员要从这起事故中汲取教训，综合考虑各方面工况，完善各种安全保护，设计出既能满足各种性能要求，又安全可靠的产品。由于水电站发电机进水口事故门直接关系到机组发生事故时的安全问题，所以从本事故中可以看出，如事故门启闭机采用固定式启闭机形式，则宜采用卷扬式快速闸门启闭机的设计，从发展趋势看，事故门启闭机采用液压启闭机是一个很好的选择。