某水电站机组高转速加闸原因分析及防范

骆沛垚，车 平

（中国电力建设集团/四川水电开发有限公司，四川 乐山 614000）

0 引言

四川某水电站1F 机组是装机容量为44 MW 混流式水轮发电机组，2022 年该机组进行A 级检修，机组回装、无水试验完成，进入有水试验阶段，根据启动试运行大纲有水试验正常，机组短路升流试验完成后，立即进入纯机械过速试验，在该试验过程中，机组转速下降至接近额定转速时，机组高转速加闸。本文对此进行背景介绍及原因分析，并提出防范措施。

1 制动闸基本结构及控制原理

1.1 基本结构

该水电站1号机组制动装置由4个制动闸组成，结构如图1 所示。活塞为气复位形式，最大直径Φ220 mm，最大行程35 mm，制动气压0.7 MPa。

图1 制动闸结构图

1.2 控制原理

该水电站1 号机组采用电气制动和机械制动相结合的方式，正常停机时，在80%额定转速至20%额定转速投入电气制动，故障情况下（灭磁开关跳闸）不投入电气制动，在20%额定转速下直接投入机械制动。

该电站采用齿盘测速和残压测速装置，正常情况下以齿盘测速为准，齿盘信号故障则切换至残压测速。测速装置输出开关量接点分别送监控、励磁等系统，作用于报警、投电制动、加闸和起励等作业。

2 事故分析

2.1 事故背景

2022 年度，该水电站1 号机组A 修施工完成并完成回装，机组无水试验完成，进入有水试验阶段，根据启动试运行大纲有水试验正常，机组短路升流试验完成。

升压完成后立即进入纯机械过速试验，机组手动升速至140%，转速达到140%后，转速信号正常，纯机械过速装置未动作，手动关闭导叶，机组转速开始下降。接近额定转速115%时，测速装置转速信号消失2～3 s，制动闸投入，机组高转速加闸。操作人员立即手动退出风闸，停机检查发现4 块闸板磨损量超6 mm。

2.2 原因分析

机组制动闸加闸条件：停机令+机组转速20%以下。

（1）测速系统分析

因该电站采用齿盘测速和残压测速，根据制动闸加闸条件，当纯机械过速试验过程中，机组转速达到140%额定转速后，转速信号正常，但在手动关闭导叶，转速下降接近115%额定转速后，转速信号消失，可以初步判断齿盘测速探头损坏或机械测速滑块、钢带断裂，从而导致机械测速信号消失。

残压测速是采集发电机出口PT 残压计算转速。本次事故中，机组在高转速下加闸，表明未采集到发电机出口PT 残压，可以初步判断采集装置损坏，或发电机出口PT 无压，导致测速装置无法检测到残压测速信号，监控系统判定机组状态为停机态，遂投入制动闸，导致高转速加闸[1]。

（2）监控系统分析

加闸指令一般由监控系统发出，而监控系统的转速输入由测试装置提供。在纯机械过速试验过程中，机组转速下降至接近额定转速时，转速信号消失，监控未接收转速信号，则判断机组由“空转至停机”，监控在收到“投入电气制动”转速接点后，先向机组保护1 装置发“闭锁差动保护”命令，再投入机组出口刀闸，之后向励磁系统发“投入电气制动”命令，励磁系统跳开阳极刀闸，合上制动变高压侧开关后，电气制动正式发挥作用，但是监控系统在电气制动和机械制动两步之间没有设置硬性时间条件，仅靠转速信号条件满足即从电气制动进入机械制动，因此，测速装置信号接点误动作导致机组高转速加闸。

3 防范措施

（1）机组检修完，第一次开机有水试验时，机组加闸和反充气必须手动完成，以避免因测速装置、监控系统以及其他原因引起的高转速加闸。

（2）手动加闸试验正常后，必须先将加闸和反充气气源关掉、电磁阀投至自动，由监控系统流程进行自动开停机试验。

（3）机组检修完后，需检查齿盘测速探头是否完好，齿盘测速钢带安装牢固无变形、位置合适，所有动片无弯曲变形，转动盘磁钢位于探头中间且与两探头之间深度以挡住探头为宜，以避免机组转动时动片碰撞探头和因间距过大影响测速。

（4）装置出口逻辑、定值、输入及输出回路试验完成后，应仔细检查装置的拨轮开关位置，在正常情况下电压测频、机械测频拨轮开关应在“有效”位置。

（5）检修后，应检查相关安全措施是否已全部恢复，短接铜牌是否拆除，二次短接线是否恢复等[2]。

（6）优化监控系统，增加监控程序中电气制动和机械制动两个步骤间的强行等待时间。

4 结论

对于同时采用电气制动和机械制动的水轮机组，在齿盘测速装置出现问题时，则通过采集发电机出口PT 残压测速，在本次事件中，机组高转速加闸，即监控无法接收转速信号，则判定齿盘测速装置探头损坏或钢带断裂，同时残压测速采集发电机出口PT 也无残压。机组在检修后，应检查安全措施恢复情况，按照试验流程按部就班有序进行，完成一个试验结束一个流程及恢复措施，方可进入下一个流程，确保机组试验过程安全可靠，防止对机组形成破坏性试验。