机组导叶空载位置信号抖动的后果及处理措施

张磊，刘轩宇

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200）

机组导叶空载位置信号抖动的后果及处理措施

张磊，刘轩宇

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200）

抽水蓄能电站在电网中主要承担调峰、调频、填谷以及事故备用的作用。而抽蓄电站机组在正常稳定运行当中，如果在导叶空载情况下分开关，会导致甩负荷现象出现，致使机组各设备零器件出现隐患。本文主要针对某抽水蓄能电站4号机组在发电运行期间或者抽水运行期间，偶发的机组导叶空载位置信号抖动进行相关原因分析，并针对该信号所可能导致的机组停机甩负荷，进行事故预想以及提出针对性的解决方案。可直接减少对主设备的不良损耗，提高机组稳定运行的可靠性，并为日后工作积累重要的经验。

抽水蓄能电站；导叶空载；甩负荷

1 引言

抽水蓄能电站机组组成主要分为发电机组和水泵水轮机组。水泵水轮机主要有主轴、转轮、导轴承、主轴密封、导水机构、顶盖、蜗壳、座环、底环、尾水管等部件构成。其中导叶作为导水机构重要组成，在机组运转中直接承担着调节机组转轮室流量、进而控制机组转速、频率和机组出力方面的重要作用。而导叶的空载开度则为机组达到额定转速后投入电网的瞬间，导叶所达到的开度。由于不同机组间设备情况不同，导致不同机组的导叶空载开度也不同。

2 信号抖动现象及产生的原因

某日电厂按计划曲线准备发电，当日电厂运行情况为500 kV线路分段运行，1～4号变压器空载运行，1～4号机组停机备用状态。4号机组在按计划发电开机达到发电稳态后监控发现异常信号（表1）。

表1.

机组导叶空载位置信号为一个安装在导叶控制环上的行程开关所上送的位置信号，在机组开停机期间，其随导叶达到特定的开度而动作复归，来判断机组导叶空载、负载位置。行程开关常见问题故障有：行程开关位置触头故障、松动，或者接线松脱均会导致行程开关无法正确上送信号。行程开关的机械装置故障，无法准确反馈设备实际位置。经现场人员检查后发现，此次信号抖动是已投用的行程开关存在安装位置松动，需现场重新调整4号机导叶空载位置行程开关安装位置。

3 信号抖动可能导致的后果

行程开关故障导致机组停机时发生导叶空载位置信号抖动，如若厂站值班人员未能及时发现该信号是否复归，会导致机组在执行停机流程时，机组开关分闸条件在机组负荷降低至额定值时便满足，机组在负载情况下直接分开关，特别是在机组发电工况下，带负荷分开关会造成机组甩负荷。水轮机发生甩负荷后，巨大的能量会使机组转速上升很快。由于机组出现甩负荷导致机组转速、蜗壳压力瞬时增加，尾水管压力降低或者真空度变大，导叶的迅速关闭会使压力钢管压力瞬时增加，存在压力钢管爆裂危险，所以甩负荷会给机组造成巨大损害。在机械方面：过高的转速可能达到机组的飞逸转速，导致机组机械保护动作；机组的大轴、水轮机顶盖连接紧固件出现松动；机组的振动、摆度检测部位出现异常等。在一次方面：可能导致机组发电机磁极、磁轭的松动。

该抽蓄电厂机组在正常停机时，不同工况下停机有不同的停机逻辑：

（1）发电工况下停机，会采取先减机组有功的方法，当机有功降至30 MW以下且此时机组导叶空载位置信号收到时，机组会进行分开关与系统解列。若机组停机时，负荷还未降至30 MW以下而导叶空载位置已经满足，此时逻辑便会继续执行，导致带负荷分开关，致使机组出现甩负荷现象。

（2）抽水工况下停机，当机组有功绝对值小于185 MW或者达到导叶全关位置，会执行下一步分机组开关与系统解列。如果在停机时机组未减有功绝对值，而导叶全关位置已经满足，机组同样会出现停机时甩负荷现象。

经分析发现机组不论发电工况还是抽水工况下停机，机组的停机逻辑仍不完善，存在下列隐患：

（1）机组在发电停机时，导叶空载位置信号由导叶控制环上的一个行程开关送出，如若该行程开关出现故障，导致信号误发，会使机组在出力未降低至设定值时便满足了机组分开关条件，机组出现带负荷分开关的问题。

（2）机组在抽水停机时，由于机组的导叶全关位置信号同样存在误发可能，此时如若机组有功绝对值大于185 MW，会满足反馈条件，仍会导致机组发生停机甩负荷。

（3）经监控信号显示，机组运行在发电或抽水稳定工况下，机组误发的导叶空载信号为正常信号，非报警信号，不易引起监控人员注意。

4 针对隐患问题在监控逻辑与硬布线控制系统中采取的措施

目前针对机组可能由于信号抖动导致机组在负载期间出现导叶空载信号误送致使机组在停机时甩负荷，可采用的改进方法有：

（1）电站值班室人员在监盘期间如若发现机组异常信号应采取必要措施防止机组甩负荷情况发生：

1）机组在发电工况负载期间发出导叶空载信号，上位机值班人员应及时核对计划停机时间，在满足机组发电计划后，将机组控制方式切至单机，并手动将机组有功调至30 MW以下，待机组有功反馈值已达到30 MW以下，上位机再下达机组停机令，并安排现场人员仔细检查机组停机情况，如若出现异常情况，及时反映给上位机值班人员。

2）机组在抽水停机时出现导叶关闭异常信号，应及时将问题机组控制方式切至单机控制方式，在机组满足计划曲线后，上位机值班人员手动将机组有功调制至绝对值185 MW以下，待机组有功反馈值达到标准，下达机组停机令，并密切监视机组停机情况。

然而此种情况目前仍存在解决弊端：

机组在正常停机时，会发“4号机振动摆度装置设定值切换——动作”这个信号，该装置为安装在机组上的VM600振摆测定装置，用来监测机组在各个工况下的振摆信号。机组发电开机，以GCB合闸为判别点，即GCB和闸后，会发“振动摆度装至设定值切换——复归”此时即判别为机组已达到稳态。而机组在非稳态工况模式下，即工况转换时，例如发电停机时，为防止机组因成组控制机组有功降低而导致的机组振动增加，致使机组振动过大跳机，此时机组振摆值为机组稳态工况下的1.5倍，即所发信号“振动摆度装置设定值切换——动作”。正常停机下4号机机组下导的振动曲线见图1。

图1.导“X”方向摆度振动曲线

由曲线图可观察到，4号机在下午低水头下停机时，机组下导“X”方向摆度明显增加，超过稳态工况下跳机数值的480μm，所以可得出结论，在机组发电稳态运行工况模式下，特别是在下午低水头情况下停机时，上位机值班员如若需采取人为干预机组有功，而此时由于机组停机令仍未发出，机组振动摆度装置设定值会动作，机组因有功的大量减少导致机组振动，振动超过跳闸值时，机组仍然存在甩大约25%负荷风险。

由曲线图2可知在4号机组正常停机达到跳闸值时，机组仍然有＞80 MW的负荷。

故虽然经人为干预，使机组在出现导叶空载信号抖动情况后降负荷，但仍然存在可能甩25%负荷的情况，故在此情况下停机后，现场人员应仔细检查机组主设备各个部位情况，防止出现设备隐患。

图2.号机组停机下导X方向摆度振动与有功曲线以及机组开关分闸时间节点曲线图

（2）在机组的导叶控制环上，对目前在用的导叶空载位置行程开关进行位置检查，校核其安装位置的准确性，并加装一个备用导叶空载位置行程开关，将两个导叶空载位置行程开关动作位置调整至同步，并在硬布线中，将两个行程开关采取串联方式连接。这样即使一个行程开关出现故障，也不会引起导叶空载信号误发，导致机组出现停机甩负荷现象。

将图3中右侧新增行程开关串联接入图4右侧已投运行程开关142接点中。

图3.增导叶行程开关硬布线图

（3）在机组抽水停机流程逻辑中，为保证机组有功绝对值降至185 MW以下，防止机组因出现导叶全关位置误动，致使机组带负荷分开关，在机组停机步序5S_1中增加了18 s延时模块，使机组在停机步序5S_1开始执行后至少经过18 s才会执行下一步，这样机组在停机过程中就有充足的时间将机组负荷减至设定值以下，以免造成甩负荷现象发生。

（4）机组在日常运行当中，将机组在发电工况下出现导叶空载位置信号或者机组在抽水工况条件下出现导叶全关位置信号，改为报警信号，更加容易引起监控人员注意。

图4.用行程开关硬布线图

在采取相关逻辑与硬布线优化措施后，在后期机组正常运行期间，未再出现相关问题，消除了因导叶位置信号抖动导致的机组停机甩负荷现象。

5 结论

随着电厂机组投运时间增加，部分设备投产时存在的设计缺陷需在机组长时间运行后才能发现。本次异常情况发生后，运维人员及时对机组原始停机逻辑以及硬布线回路进行优化，进而增加了机组运行的可靠性，消除了停机甩负荷的隐患。由于厂站设备投运时间增加，部分设备损耗，成为危害机组稳定运行的不稳定因素，故生产工作人员应在日后的工作当中做到：

（1）上位机监盘人员应提高自身工作水平，提高自己事故处理能力，对控制信号进行归总，对异常信号提出疑问并加以分析处理，在第一时间找出解决问题的方法。

（2）增加对现场机械设备情况检查，对部分老化设备进行归总，在巡检期间增加对该类别设备的巡检力度，如发现异常情况，应及时检查汇报并处理。

（3）运维人员应归总机组逻辑中不合理的地方，并举一反三，对电站其他机组进行优化处理。

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TV743

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1672-5387（2017）09-0042-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.016

2017-06-19

张磊（1989-），男，助理工程师，从事励磁、保护设备维护检修工作。