水电站机组甩负荷停机原因分析及处理措施

2019-11-25唐红兵

中国设备工程 2019年21期

唐红兵

（中国水利电力对外有限公司，北京 100120）

1 工程概况

电站位于老挝首都万象市西北，13号公路班欣合南立大桥上游约50km、板东（B.Don）北部约15km处的南立河干流上，距老挝首都万象市公路距离约145km。电站属大（Ⅰ）型，以水力发电为主要目标，自2010年8月1日正式商业运行，特许运营期25年。

电站采用一管双机引水方式，通过引水隧洞、引水压力钢管从水库引水，在厂房前分叉至电站两台混流式水轮发电机组，每台水轮机发电机组前设备1台DN4000、PN=1.6MPa双重锤液控蝶阀。电站装机容量2×50MW，多年平均发电量4.93×108kW·h。电站电能经两回115kV线路输出；发电机、变压器采用单元接线；电站控制方式采用计算机监控系统，按“无人值班，少人值守”设计。

由于老挝电网总容量较小，在雷雨季节时常因雷击造成电网故障。在近年的运行过程中，常常出现电网故障造成机组甩负荷，机组因转速＞115%一级过速报警而启动紧急事故停机的不正常现象。在通常情况下，机组甩负荷时，机组经过短时间过速，通过调速器及时调整，最终会稳定在发电机空载运行状态。机组一级过速一般应只是作用于报警；只有在机组一级过速的同时，调速器失灵造成主配压阀拒动才应该启动紧急事故停机。若每次甩负荷都造成机组停机，对机组稳定和电站及时恢复发电运行造成较大影响。

2 原因分析

根据对之前停机过程信号记录查询，电站因电网故障造成机组甩负荷时，调速器已经及时响应，导叶在设定时间内已全关，信号反馈正常。因此，需对紧急事故停机流程进行检查分析。如图1所示，为电站计算机监控程序中关于处理转速大于115%紧急停机程序段截图。

电站的控制流程设计中，调速器上送计算机监控的主配位置信号取用常闭接点信号，导叶静止或开启时主配位置信号接通，导叶关闭过程中主配位置信号断开。机组甩负荷时，调速器控制导叶自动关闭至全关，此时主配位置信号断开。当机组导叶全关后，调速器主配压阀复归，主配位置信号接通。在导叶关闭过程中，机组转速呈先上升再下降的抛物线趋势。根据图1中的程序段显示，当机组转速＞115%，且调速器主配位置闭合的情况下，机组紧急停机并关蝶阀流程将开始计时。若5s后机组转速仍然保持在＞115%，且调速器主配位置信号仍处于闭合状态，PLC将启动紧急停机并关闭蝶阀的流程。以下分别以2015年5月2日1#机组甩负荷停机事故和2014年5月7日1#机组甩负荷至空转事故为例进行说明，其时序图分别见图2、图3。

图1 电站计算机监控程序中关于处理转速＞115%紧急停机程序段截图

图2 2015年5月2日1#机组甩负荷停机关蝶阀时序图

根据图2，机组在22：33：02：640时甩负荷后主配动作开始关闭导叶，机组转速在22：33：04：447达到115%，导叶在22：33：11：130时全关，调速器主配位置信号随即在22：33：11：940时闭合。计时5.1s后，导叶仍处于全关位置，调速器主配位置信号处于闭合状态，机组转速依然＞115%，此时PLC启动了紧急停机并关闭蝶阀的流程。

根据图3，机组在甩负荷以后，调速器主配动作将导叶全关，然后主配位置断开，此次由于机组负荷较少，导叶开度较小，仅计时3.181s的后，机组转速就已下降至115%以下，因此机组控制程序未启动紧急停机关蝶阀流程，而是正常将机组维持在空载状态。

图3 2014年5月7日1#机组甩负荷至空转时序图

3 解决措施

根据以上分析，机组甩负荷后启动紧急事故停机主要原因是机组甩负荷时，即使导叶已全关，只要机组转速＜115%的持续时间超过了程序设定计时时间，机组PLC仍会启动机组紧急事故停机流程。为了解决这个问题，有两种处理方案，具体内容如下：（1）增加计时设定值，避开机组＞115%转速的时间点；（2）在控制程序中关于转速＞115%的处理程序段中增加一个条件，即用导叶全关信号对该流程进行闭锁。但是若采用方案一，增加计时设定值，有可能造成调速器主配压阀真正故障时，无法及时响应启动紧急事故停机，增加机组安全风险。根据图2和图3所示，机组调速器主配位置复归时导叶均已全关，因此可以选用导叶全关信号作为闭锁条件。增加导叶全关信号后的流程如图4所示。