防止水机保护误动与拒动的措施

2013-11-25唐亚波倪宏伟

湖南电力 2013年6期

唐亚波，倪宏伟

(1. 重庆大唐国际武隆水电开发有限公司，重庆400715;2. 国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

当水轮发电机组发生某些可能引发严重后果的故障，使机组运行参数达到一定限值时，水机保护系统可自动启动安全装置、执行切机操作，来保证事故不再恶化和扩大。随着水电厂自动化设备和计算机监控系统的成熟发展，水电厂自动化程度越来越高，机组的可靠性、安全性得到了很大的提高。但水机保护误动和拒动的情况还时有发生，如何防止水机保护误动、拒动成为各个水电厂面临的一个巨大难题和挑战。

1 水机保护误动及拒动原因分类

1.1 自动化元件故障

因自动化元件故障误发信号而造成的水机保护误动、拒动占的比例比较大，主要原因是质量不可靠、无冗余配置、元器件老化。

1.2 设计、安装、调试存在缺陷

许多水电厂在水机保护系统设计、安装和调试时存在缺陷，造成水机保护误动或拒动。主要表现为未考虑冗余设计、控制逻辑不完善、自动化设备选型不当等方面。

1.3 水机保护二次回路短路、断路

主要原因为电缆老化绝缘破坏、接线柱进水、空气潮湿腐蚀、接线松动等引起。

1.4 人为因素

因人为因素引起的保护误动大多是由于检修人员走错间隔、看错端子排接线、强制信号错误等误操作引起。

2 防止水机保护误动、拒动技术措施

2.1 温度保护

2.1.1 优化测温电阻选型

水电厂测温电阻元件工作环境恶劣，长期浸泡在油中，造成故障率很高。因此在测温电阻选型上宜采用A 级铂电阻Pt100，应有良好的线性和防潮性能，宜三线引出〔2〕。用于轴瓦的测温电阻其引出线应具有防油性能，宜采用一体化网状屏蔽、全铠封装工艺，不宜采用尾部连接器的结构，结合部位应加装保护装置，如锥形弹簧保护管、波纹管、铠装丝延伸保护等。

2.1.2 正确安装

1)测温电阻头引出线应在瓦座上就近固定，并留有轴瓦最大位移行程的自然曲伸长度，不宜过紧，以免发生导线拉扯;也不宜过长，以免油流冲击搅动造成导线扭折疲劳断线。

2)布置于槽内的测温导线应顺沿油流方向敷设，以免产生油流的剪切力，且导线不得随意跨越油冷却器或固定绑扎在油冷上，不得被硬物挤压，以免扭折疲劳或磨损断线。

3)测温导线的设计和安装应优化线路方案，尽量减少测温中转端子。宜在各油槽外壳和发电机座就近安装测温端子箱，通过专用测温电缆直接引接至温控仪或测温柜。

4)测温系统布线应将强弱电回路分开布置，测温导线的屏蔽线应可靠地接到公共接地端。

2.1.3 优化控制回路及控制逻辑

在硬回路水机保护中，同一轴承的邻近两块瓦对应的两个数字温控仪事故停机输出接点宜串联，再输出启动事故停机，如图1 所示。

图1 温度保护硬回路串联逻辑

在PLC 水机保护中可采用“两或一串”的方式，即在现地LCU 程序中用同轴承瓦温模拟量进行组合输出一个事故停机点BT3 (Ⅱ)，与同轴承两块瓦对应的数字温控仪的过高报警输出接点进行组合，经延时后启动事故停机流程，如图2 所示。例如某电厂推力轴瓦有20 块瓦，可在现地LCU 中进行组态采用“20 取N 模式” (20 个瓦温信号任意N 块大于事故停机温度设定值即输出事故停机接点BT3 (Ⅱ))。

图2 温度保护PLC 水机保护“两或一串”逻辑

同时在组态中应增加模拟量品质检测、热电阻松动报警及闭锁功能。

2.2 过速保护

2.2.1 优化过速保护逻辑

1)串接断路器分闸接点

一级过速保护是指当机组甩负荷，转速上升到110%～115%额定转速，调速器主配压阀拒动时执行。因此一级过速应串接发电机出口断路器或主变高压侧断路器的分闸接点。

2)电气过速采用“三选二”方式

对于机组电气过速应采用三取二的逻辑判断方式，其输入信号必须取自不同的信号源〔3〕。可安装3 台转速测量装置，每台装置均同时接受齿盘和残压2 种信号，正常时以齿盘信号为主，残压信号作为备用。每台转速测量装置输出一对过速接点(分别为N1，N2，N3)，如图3 (a)所示。再通过3 个继电器进行扩展输出(分别为KA1，KA2，KA3)，构成“三选二”的逻辑判断回路，如图3(b)所示。

图3 电气过速“三选二”方式

2.2.2 完善机械液压过速保护装置

纯机械液压过速保护装置作为水轮发电机组过速的最后一道保护屏障，其重要性不言而喻。其工作原理是利用固定在水轮发电机组大轴上离心飞摆，当机组转速上升使得飞摆离心力大于弹簧的作用力，飞摆产生向外的位移，动作于液控阀和电气微动开关。一方面实现对液控阀油管油路的切换，迅速接通紧急停机油路，使机组事故配压阀动作，从而迅速停机;另一方面电气微动开关动作后发信号至水机保护回路，通过电气回路实现紧急停机。

机组年度检修时，手动动作离心飞摆，以检查机械过速液压系统及电气限位开关功能是否正常;同时应定期对装置进行校验。

2.3 低油压保护

对于油压装置事故低油压保护，应该选用动作可靠的机械式压力开关作为保护信号来源。保护逻辑应采用和过速保护相同的“三选二”方式。

2.4 轴承润滑密封水中断保护

目前大部分水电厂均采用主轴密封水流量中断作为保护判据。鉴于水轮发电机组在轴承润滑水中断后一定时间内仍可维持运行，运行人员可以迅速做出判断，采取补救措施，同时主轴密封水的主备水源切换需要一定的时间，所以润滑密封水中断保护主要防止保护误动。

润滑水流量中断保护逻辑可采用润滑水流量中断开关量动作加模拟量超限值加润滑水压力越低限判据组合，如图4 所示，延时时间应按厂家设计规定。

图4 润滑密封水中断保护逻辑

2.5 机组振动摆度保护

水轮发电机组在某些特定工况运行时会短时出现机组振动摆度超标现象，同时因为安装不规范、探头未校验等原因导致测量值存在误差，目前大部分水电厂将振动摆度大跳机改为只投信号。机组振动摆度保护主要防止保护误动。

2.5.1 确保振动摆度测量值的准确

机组振动摆度探头应定期送至相关单位进行校验，确保探头质量可靠，参数满足设计要求。

安装必须规范，对于探头距离调整、间隙电压调整必须满足设计要求。探头引出线及延伸电缆应采取加装热缩套管或波纹管等保护措施，防止断线情况发生。

2.5.2 逻辑优化

振动摆度超标一般通过在线监测装置处理后输出停机接点至监控系统。对于振动保护，在每个轴承X 向、Y 向安装2 只水平振动测量探头，同时安装一只垂直振动探头，当3 个测量值全部达到停机值经一定延时后动作停机。对于摆度保护，在每个轴承X 向、Y 向安装2 只摆度测量探头，当2 个测量值全部达到停机值经一定延时后动作停机。