某次机组发电启动失败的原因分析

2019-12-02李广亮白云飞

水电站机电技术 2019年11期

李广亮，白云飞

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200）

1 引言

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县，是一座日调节纯抽水蓄能电站，共安装4台立轴单级混流可逆式水泵水轮机组，单机容量300 MW，总装机容量为1 200 MW，自2006年底全部投入商业运行以来，在华东地区承担调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用任务。机组发电开机时，先由停机到水轮机状态，再执行步序62-1（发电机电压＞90%、励磁运行）、步序62-2（发电机出口开关合闸），执行完后，机组到发电工况。根据机组跳闸逻辑，当开机过程中，出现步序前提条件不满足时，机组自动转停机流程。本文主要分析步序62-2（主要用于同期合闸）前提条件不满足，导致机组转停机的原因。

2 异常现象及分析与处理

2.1 情况梳理

某次事故发生过程如下：

13：47：01成组控制2号机组发电命令有效。

13：48：00 2号机转速＞98% 是。

13：48：01 2号机转速＞110% 是。

13：48：25 2号机励磁 V/Hz限制动作动作。

13：48：29 2号机转速＞90% 否。

13：48：33 2号机电压＞90% 否。

13：48：33 2号机流程报警。

13：48：33 2号机步序 62-2前提条件不满足是。

13：48：34 2号机停机转换命令正在执行是。

13：54：05 2号机停机工况是。

（1）由上述信号可知，此次2号机发电启动失败，是由于步序62-2（用于同期合闸）前提条件不满足导致自动转停机。首先查看步序62-2逻辑（图1）可知，步序62-2的前提条件为：

1）步序62-1完成即GBX_STP_62_1_OK（该步序完成需满足反馈机端电压U＞90%&励磁投入）；

2）机组在空载状态（GBX_NLS_DEF）& 机组发电命令（GBX_GOO）& 步序62-1未完成（即 GBX_STP_62_1_OK取反）；

上述2个条件1）和2）同时丢失，会报“步序62-2前提条件不满足”。

图1 步序62-2顺控流程图

查看事件列表，发现“2号机电压＞90%否”信号是导致步序62-2前提条件不满足的原因。

（2）鉴于上位机及现场盘柜均无励磁报警信号，且机组停机过程中电制动能够正常投入，励磁方面的故障可以基本排除。上位机有“2号机转速＞110%”红色报警信号且持续10 s后复归，接着出现“2号机转速＞90%否”，综合事件列表分析判断应是转速波动导致电压下降至90%以下。

导致转速波动的可能原因有：

1）调速器逻辑存在异常。

2）调速器控制回路故障。

3）导叶开度位置反馈传感器故障。

2.2 问题排查

（1）运维人员通过调速器监控系统对2号机调速器逻辑进行在线检测，未发现调速器逻辑异常情况。

（2）运维人员现场检查2号机GT现地控制盘（=02 U+GT01）内端子接线正常无松动，相关输入输出模块工作正常，因此2号机调速器控制回路故障可排除。

（3）运维人员赶赴2号机水车室，现场检查2号机调速器导叶开度位置反馈传感器，发现导叶开度位置反馈传感器1=02 U+MA20-CG0001连杆球接头轴承的球头与球头座脱开，现场人员将连杆球头与球头座连接好后，上位机及现场电调盘上显示导叶开度恢复到正常值0。

正常情况下，发电开机流程走到S6-4后，监控给调速器发启动命令。调速器收到启动命令后，按一定的速度开导叶到空载开度，转速也随之上升，转速到90%左右时，调速器进入转速调节模式，开始根据转速对导叶开度进行细调。

此次2号机开停机过程中的导叶开度及转速曲线如图2所示。

阶段1：机组开机时调速器收到启动命令后，导叶开度正常上升，开度值从0变化至11.7%，尚未到达空载开度，且此时转速较低，未进入转速调节。

阶段2：因导叶开度反馈传感器连杆球接头轴承的球头和球头座脱开，导叶开度一直显示在11.7%，由于这个阶段导叶开度设定值是一直增大的，而调速器逻辑中收到的导叶实际值没有变化，从而计算出的比例阀设定值使得主配一直往开方向动作。

因为液压回路没有问题，所以主配正常动作，导叶实际开度将会继续增大。因为收到的实际值没有变化，导致调速器逻辑中判断为导叶实际值与设定值差值也一直在增大，从而会让主配往开方向动作更大，导叶开的更快，转速上升也加快。这样就导致了本次开机过程中，转速上升比正常情况下快了许多。

图2 2号机开停机过程中导叶开度和转速变化曲线

转速到90%之后调速器进入转速调节模式，调速器根据机组转速相对100%的差值以及变化趋势，计算出的导叶开度设定值比当前值小，从而使得主配往关的方向动作，实际导叶开度也将减小。

但由于此前转速上升过快，在惯性作用下，转速最高还是到了110%以上。之后，关导叶的效果体现出来，转速开始下降。和转速上升同样的道理，导叶实际开度已经减小了，而调速器逻辑中收到的开度实际值仍未变化，就会进一步加大主配往关方向的动作值，导叶开度继续减小，而当转速下降趋势较大或者已经小于100%时，调速器又会计算出主配往开方向动作，但因为此时导叶实际开度已经很小，转速下降过快，机组转速低于90%后，过了4 s左右时间间隔，机端电压低至90%以下，导致步序62-2前提条件不满足转停机。

阶段3：由于导叶开度反馈传感器连杆球接头轴承的球头已与球头座脱开，传感器连杆已处于自由状态，因机组振动原因，导致连杆向前滑动，导叶开度实际值突变为17.2%，并保持不变，直到机组停稳后导叶开度仍显示为17.2%。

（4）关于调速器导叶位置反馈主备用关系切换的说明：我厂调速器导叶位置反馈传感器共有两个，一主用一备用。查看调速器逻辑可知，正常时优先使用导叶位置反馈传感器1，当导叶位置反馈传感器1出现故障且传感器2正常时，会切换至传感器2主用，逻辑详见图3。

当出现导叶位置信号采集模块硬件故障（PT.SW.DI.F.PEOOTM1、PT.SW.DI.F_WG_POS）或导叶位置反馈信号超出正常设定值上下限时，调速器逻辑就会判断该导叶位置反馈传感器故障，判断逻辑如图4。

图3 导叶位置反馈传感器主备用关系切换逻辑

图4 导叶位置反馈传感器故障判断逻辑

结合此次事件相关信号分析，虽导叶位置反馈传感器连杆球接头轴承球头与球头座脱开，但传感器本身并无故障且传感器上送开度值未超出正常设定值范围，因此未出现导叶位置反馈传感器故障，也就未发生导叶位置反馈传感器主备用切换。

2.3 确定故障点

经运维人员现场检查，发现2号机导叶开度位置反馈传感器1连杆球接头轴承由于长时间动作磨损，球头座接口已明显偏大，加上机组开机过程中振动较大，导致连杆球接头轴承球头从球头座中脱落，造成导叶开度变化异常，是此次机组开机失败的原因。

由上述分析可知，本次事件发生的大致过程为：2号机发电开机过程中，当执行到步序62-2时，由于2号机导叶开度反馈传感器1连杆球接头轴承球头从球头座中脱落，导叶开度反馈值不会变化。从而导致调速器增减导叶开度时存在超调现象，机组转速快速下降，2号机励磁V/Hz限制动作，随后机端电压降至90%以下，导致步序62-2前提条件（步序62-1完成即GBX_STP_62_1_OK）不满足，2号机发电开机启动失败。