某水电站机组进水口快速门电源可靠性研究

钱坤 史玉超 曹欢

【摘 要】水轮发电机组进水口快速工作门的控制电源很重要，为避免发生如俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站等因快速门无法快闭出现的重大事故，通过对快速门控制电源进行优化，提高了快速门控制电源的可靠性。

【关键词】水轮发电机组;快速门;电源;可靠性

中图分类号： TV664 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）07-0057-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.024

【Abstract】It is very important to control the power supply of the water turbine generator intake quick-acting gate. In order to avoid major accidents such as Sayan-Shushensk Hydropower Station in Russia，the reliability of the quick-acting gate control power supply is improved by optimizing the quick-acting gate control power supply.

【Key words】Water turbine generator set;Speed gate;Power supply;Reliability

0 引言

某壩后式水电站，电站进水口采用单孔坝式小进口。进水口布置有2道闸门，一道为液压操作的快速工作门，另一道为检修闸门。进水口检修门仅用于快速工作门、压力钢管或机组检修时挡水，由起重门机启闭;快速工作门通过机房启闭机构启闭，事故状态下，闸门利用水柱重及自重快速关闭，切断压力钢管水流。快速门控制电源的可靠性对电站的安全稳定运行起着关键作用。其快速关闭控制回路的可靠性尤为重要。

1 快速工作门快速闭门的重要性

水轮机组进水口检修门启闭需通过起重门机进行，耗时很长，在事故时只有通过快速工作门才能及时关断水流，避免事故扩大，造成水轮机飞逸、水淹厂房等重特大事故。快速工作门的快速关闭能力对水电站的安全十分重要，因此必须保障快速工作门快闭回路在各种风险情况下能可靠动作。快速工作门的快闭运用条件包括：

1）机组停机时，无法正常关闭导叶;

2）机组过速保护动作，关闭导叶失效时;

3）压力钢管出现破裂时;

4）压力钢管伸缩节破裂或密封损坏时;

5）机组蜗壳、锥管进人门等处出现大量冒水时;

6）机组顶盖等处大量冒水时;

7）快速门下滑至事故位，并仍有继续快速下滑的趋势;

8）其他机组流道损毁大量冒水故障。

2009年8月17日，俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站发生特别重大安全事故，损失惨重，其最重要原因就是机组进水口快速闸门未能在最短时间内关闭，截断冲入电站厂房内的水流。萨扬-舒申斯克水电站的事故教训告诉我们，工作门快速闭门是电厂的最后一道安全屏障，其可靠动作十分重要，必须高度重视。

2 某水电站快速门电源的原状及存在的问题

某电站快速门快闭控制回路原设计存在安全性不足、设计冗余不够的问题：快速门的启动信号和控制电源来自EL.82米高程的中控室和现地机组LCU控制单元，两路电源均位于电站厂房区域，如果厂房发生水淹、火灾、地震等事故则可能导致快速闭门回路控制电源异常，甚至全部消失;以单电源模块为快速门核心器件CPU供电，没有冗余设计。下图1为某水电站原设计快速门电源回路原理图。

快闭命令发出后，继电器KA15励磁，常开节点闭合，继电器KA41励磁，常开节点闭合后动作快闭电磁阀YV2（快速闭门电磁阀）。此流程要求KA15的操作电源—机组直流、KA41的操作电源—快速门盘柜的交流电源或机组直流能可靠供电。当CPU电源模块PS1出现故障，CPU将停止工作，无法将数据传送至监控系统，监控系统则无法对闸门进行监控。

为保障电站安全运行，提高快速门电源的可靠性，某水电站展开了快速门电源供电可靠性的研究，主要包括增加快速门快闭回路电源和增加CPU冗余供电两个方面。

3 提高快速门电源可靠性的措施

3.1 增加新的直流系统

在水电站坝顶区域增设一套直流220V电源系统，向快速门提供直流操作电源。现新增直流电源系统布置在坝顶区域，避免出现厂房区域电源设施被水淹电源消失的情况，确保了电气控制的可靠性。

3.2 增加新的快速闭门回路

在每个快速门至中控室新增设一路硬接线方式的快速闭门回路，回路的操作电源由新设的直流220VDC提供，快速闭门操作按钮安装在中控室返回屏。增加一路远方中控室快闭信号，保证事故情况下，快闭命令的动作，提高了快闭的操作可靠性。

3.3 CPU增设冗余电源

每个快速门电控系统CPU由单一电源模块增设成双电源模块（冗余方式），两电源模块分别输入220VAC及220VDC。220VDC由新增的直流系统和机组直流切换后提供。CPU的供电可靠性显著提高。

3.4 新增快闭控制回路从动控制继电器KA44

为防止快闭控制回路重要控制继电器KA41拒动，特增加从动控制继电器KA44，提高快速闭门控制回路的可靠性。

3.5 24VDC控制电源的冗余

将开关电源G1、G2输出的24V电源通过ABB SS832电源模块冗余后再输出24V电源，起到两路开关电源隔离的作用，防止1路24V输出短路而影响另外1路24V的正常工作。

改造后的快速门电源回路如图2所示。

4 快速门电源改造后的效果评估

某水电站机组快速门改造实现四“冗余”，即将新增的直流电源同机组直流电源进行冗余，将新增的远方快闭回路同现有的远方快闭回路进行冗余，对CPU供电模块进行冗余，24VDC控制电源的冗余。在机组直流电源消失，厂用电消失，或二者同时消失时，由于有新增直流电源的支持，快速门24VDC控制电源和远方快速闭门回路220VDC控制电源均有了保障，远方中控室仍然能实现对快速门的监视和控制，确保快速闭门的可靠操作。通过改造，有效提高了快速门电源的可靠性，即使出现极端情况，快速门仍处于可控、在控状态，有力保障了电站的安全稳定运行。

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