水力发电机组紧急事故停机负荷处理方案分析

彭德民，王明军，刘德龙，陈 冲

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京100038；2.中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙410004）

1 引言

随着国内水电行业的迅猛发展，水力发电已成为国家能源组成中不可或缺的重要组成部分。水电站水力发电机组的安全稳定运行不仅关系到机组自身的设备安全，更关系到电网的稳定和电厂运行维护人员的人身安全。机组在运行过程中由于设备自身问题、设备老化、设备非正常工况运行或运行人员误操作均会导致机组故障、机组事故的发生。为防止发生重大的水电站事故，采取适当的安全技术措施，保证水力发电机组的安全稳定运行，是水电厂设计、建设及运行维护过程中的重中之重。

在机组事故或机组故障情况下如何避免事故进一步扩大，确保机组在较短的时间内切除事故点并停运至安全状态是每一个水电设计关注的重点。在机组顺序控制中，紧急停机回路作为其重要组成部分，是机组发生事故时安全可靠停机的重要保证，机组紧急停机回路是水电站监控设计中一个十分重要的环节[1]。国内各水电站在机组紧急事故停机流程处理上大致相同，但在流程中的机组负荷处理方式却不尽相同。有些电厂采用直接甩负荷的方式进行处理，有些电站采用减负荷再解列的方式进行处理，本文针对上述2种处理方式阐述了自身观点，供其他人员参考。

2 机组紧急停机流程触发条件、设计规范及国内常规处理方法

水力机组紧急停机信号主要包括：机组二级电气过速信号、机组机械过速信号、机组紧急停机按钮动作、调速器紧急停机按钮动作、水淹厂房紧急停机信号、快速门下滑至事故位置及机组一级电气过速时调速器主配压阀拒动等信号。上述任一事故信号动作均应触发机组紧急事故停机流程。

NBT35004-2013水力发电厂自动化设计技术规范对机组发生紧急事故停机时机组停机流程进行了说明。机组发生过速等事故时，紧急停机的过程为：转速升至第一上限且调速器主配压阀拒动时启动过速限制器（如果未设过速限制器，则直接关闭快速事故闸门或进水阀）。若转速升至第二上限，则关闭快速事故闸门或进水阀。在机组发出的功率减至接近零时，跳闸、灭磁、停机[2]。

国内水电厂在机组紧急事故停机过程中负荷处理上主要有2种方式（图1、图2）。图1所示机组在发生紧急事故停机后，机组同时下发跳发电机出口断路器开关、调速器紧急停机、调速器事故停机及关闭进水口事故门命令。在上述执行过程中，机组直接甩掉所带负荷，同时切断机组水源，在机组与电网断开且机组导叶关闭后退出励磁系统，投入机械制动系统后退出油、气、水系统；图2所示机组在发生紧急事故停机后，机组首先下发调速器紧急停机、调速器事故停机及关闭进水口事故门命令。机组所带功率小于设定值或导叶关闭至空载位置以下时下发跳发电机出口断路器开关命令。在上述执行过程中，首先切断机组水源，待机组功率降到设定值时再与电网断开，后续过程与图1一致。

图1 紧急停机流程甩负荷运行方式

图2 紧急停机流程减负荷运行方式

3 紧急事故停机过程中负荷处理方式分析

机组紧急事故停机触发条件包括人工干预因素、水淹厂房、闸门事故及机组过速等。造成上述事故原因主要划分为机组电气事故和机组机械事故。

当机组发生电气事故时，电气事故会在极短时间内对机组造成巨大伤害，为防止事故扩大，需将机组与系统迅速解列，同时由于电气事故多半会破坏逆变灭磁的投入条件，故需要跳发电机灭磁开关[1]。此时，机组继电保护系统迅速动作，实现机组与系统的电气隔离。作为机组电气事故的后备系统，监控系统同时启动电气事故停机流程并迅速动作跳开机组出口断路器开关。机组甩负荷造成机组二级电气过速情况出现时，机组紧急停机流程启动。上述情况下，机组紧急停机流程采用图2所示的流程尽快切断机组水源将机组停下即可。

当机组发生机械事故时，调速器故障会导致机组短时间内转速升高，当机组转速超过限定值时触发机组紧急停机流程。上述事故发生时，机组无电气事故，从而不需要机组与系统立即实现电气隔离，避免机组过速成为事故处理的主要矛盾。快速切断机组水源就成为机组紧急停机流程的关键操作，此时应立即动作调速器紧急停机电磁阀及事故停机电磁阀并关闭机组进水口闸门。机组是否与电网解列并不影响机组水源供应，因此当机组负荷接近为零或导叶处于空载位置以下时再执行跳发电机出口 断路器操作，使机组与电网断开，并不会产生事故的扩大。如果机组紧急停机过程中切断水源与跳发电机出口断路器同时进行，机组快速甩负荷首先会对电网造成大功率突变的冲击，同时会造成机组本身的过速或加剧过速过程，上述操作不仅影响电网的安全稳定运行，更会给机组带来大的损坏。综上，采用图2所示的操作流程相对于图1所示的操作流程在安全性上更高。

4 结论

结合机组紧急事故停机条件，紧急停机流程执行方案及其结果，本文认为机组在紧急停机过程中应按规范执行，切断机组水源后检测机组负荷，待机组负荷小于设定值时再跳发电机出口断路器。水力机组事故种类繁多，机械事故、电气事故、紧急事故均会对机组安全运行带来影响，流程设计工作者应充分考虑每种事故触发条件，综合分析不同的控制流程对机组运行造成的影响，最终制定合理可行的控制流程方案，保证机组安全稳定运行。