亭子口電站機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)的改造和優(yōu)化

馮 磊

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，以防洪、發(fā)電及城鄉(xiāng)供水、灌溉為主，兼顧航運(yùn)以及攔沙減淤等綜合利用效益。工程主要建筑物有攔河大壩及泄水建筑物、左岸及右岸灌溉渠首進(jìn)水塔及渠首引水隧洞、垂直升船機(jī)及電站廠房等。電站共安裝4臺(tái)單機(jī)額定容量為275 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1100 MW，截至2014年5月1日，4臺(tái)機(jī)組已相繼投產(chǎn)發(fā)電。

調(diào)速器系統(tǒng)采用長(zhǎng)江三峽能事達(dá)股份有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為NSD-MGC4004PS-D150/6.3，PLC為施耐德M340型雙控制器比例閥+伺服電機(jī)組成的單調(diào)節(jié)型調(diào)速器，15寸彩色工控機(jī)。A機(jī)為控制伺服電機(jī)，B機(jī)為控制比例閥，互為熱備冗余，當(dāng)主用機(jī)工作的同時(shí)，備用機(jī)實(shí)時(shí)采集、處理數(shù)據(jù)及故障報(bào)警，但不參與控制輸出 （僅主用機(jī)控制輸出）；當(dāng)主用機(jī)出現(xiàn)大故障時(shí)，備用機(jī)能夠快速無擾動(dòng)切換至主用狀態(tài)工作；雙機(jī)均有獨(dú)立的工作電源，任何一套電源故障都不會(huì)影響調(diào)速系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1 調(diào)速器開機(jī)并網(wǎng)判據(jù)的改造和優(yōu)化

1、2號(hào)機(jī)調(diào)速器并網(wǎng)判據(jù)原設(shè)計(jì)為發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘同時(shí)5001開關(guān)合閘或5003開關(guān)合閘；3、4號(hào)機(jī)調(diào)速器并網(wǎng)判據(jù)原設(shè)計(jì)為發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘同時(shí)5002開關(guān)合閘或5003開關(guān)合閘。針對(duì)原設(shè)計(jì)判據(jù)，目前開關(guān)站為三角形接線方式，對(duì)于1、2號(hào)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)5002開關(guān)和5001開關(guān)由于故障或其他原因跳閘，發(fā)電機(jī)出口斷路器和5003開關(guān)仍在合閘時(shí)，機(jī)組實(shí)際已與系統(tǒng)解列，但調(diào)速器仍然判斷在發(fā)電態(tài)，容易使機(jī)組引起過速；同理對(duì)于3、4號(hào)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)5002開關(guān)和5001開關(guān)由于故障或其他原因跳閘，發(fā)電機(jī)出口斷路器和5003開關(guān)仍在合閘時(shí)，機(jī)組實(shí)際上已經(jīng)與系統(tǒng)解列，但調(diào)速器仍然判斷在發(fā)電態(tài)，容易使機(jī)組引起過速。因此，做了如下調(diào)整:將1、2號(hào)機(jī)調(diào)速器并網(wǎng)判據(jù)改為發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘同時(shí)5001開關(guān)合閘或發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘同時(shí)5003和5002開關(guān)合閘；將3、4號(hào)機(jī)調(diào)速器并網(wǎng)判據(jù)改為發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘同時(shí)5002開關(guān)合閘或發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘同時(shí)5003和5001開關(guān)合閘。

2 調(diào)速器控制回路的改造和優(yōu)化

2.1 調(diào)速器事故停機(jī)按鈕控制回路的改造和優(yōu)化

原設(shè)計(jì)機(jī)組調(diào)速器事故停機(jī)按鈕按下不啟動(dòng)水機(jī)保護(hù)回路或PLC機(jī)械事故停機(jī)回路，只是投入緊急停機(jī)電磁閥，將導(dǎo)葉全關(guān)，不執(zhí)行其他操作。此種設(shè)計(jì)方式存在缺陷，不利于機(jī)組在緊急情況下輔助設(shè)備的正常投退，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況將其控制回路修改為調(diào)速器事故停機(jī)按鈕按下啟動(dòng)水機(jī)保護(hù)回路 （一般事故停機(jī)）和PLC機(jī)械事故流程，機(jī)組將執(zhí)行水機(jī)流程或PLC機(jī)械事故流程停機(jī)，即投入調(diào)速器停機(jī)、跳出口斷路器、跳滅磁開關(guān)、投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥、啟動(dòng)正常停機(jī)流程，各輔助設(shè)備都能正常投退。

2.2 調(diào)速器緊急停機(jī)控制回路的改造和優(yōu)化

1～4號(hào)機(jī)組調(diào)試期間，機(jī)組在電手動(dòng)方式下開機(jī)空轉(zhuǎn)，模擬事故信號(hào)，緊停電磁閥動(dòng)作，在電手動(dòng)方式下復(fù)歸緊停電磁閥后，機(jī)組能自動(dòng)開至事故前保持的導(dǎo)葉開度，但還存在設(shè)計(jì)上的缺陷:緊停電磁閥動(dòng)作信號(hào)沒有送至調(diào)速器A套、B套PLC程序中，相應(yīng)的數(shù)據(jù)未進(jìn)行清零處理或者緊停動(dòng)作后沒有停機(jī)令送至調(diào)速器A套、B套PLC程序中執(zhí)行停機(jī)流程處理，這容易造成在未投高頂裝置或在投風(fēng)閘的情況下，導(dǎo)葉電手動(dòng)方式下自動(dòng)開啟至事故前的開度而可能導(dǎo)致燒瓦或風(fēng)閘閘板損壞，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。改造后將其回路增加1個(gè)擴(kuò)展繼電器，當(dāng)緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作后，將此動(dòng)作信號(hào)送至調(diào)速器A套、B套PLC程序中，由程序執(zhí)行停機(jī)流程處理將A套、B套導(dǎo)葉開度給定等相關(guān)數(shù)據(jù)全部清零。

3 調(diào)速器重要參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引起開機(jī)失敗或異常

3.1 人工或自動(dòng)水頭設(shè)置不當(dāng)引起開機(jī)失敗

（1）4號(hào)機(jī)組試運(yùn)行后首次上位機(jī)自動(dòng)開機(jī)至空載，監(jiān)視開機(jī)流程執(zhí)行至 “調(diào)速器開機(jī)令”，導(dǎo)葉開啟至16%左右時(shí)無法繼續(xù)開啟，轉(zhuǎn)速在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法上升至90%Ne，隨即4號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉全關(guān)、4號(hào)機(jī)組開機(jī)過程復(fù)歸、監(jiān)控報(bào) “轉(zhuǎn)速未到90%Ne以上，流程退出”；現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)PLC程序內(nèi)部自動(dòng)水頭設(shè)置 4～20 mA對(duì)應(yīng)0～15000 m，實(shí)際應(yīng)對(duì)應(yīng)0～100 m，造成水頭比實(shí)際放大150倍，當(dāng)水頭切換至自動(dòng)水頭時(shí)換算出水頭為9450 m，就會(huì)引起只要在自動(dòng)水頭時(shí)程序認(rèn)為在最大自動(dòng)水頭，對(duì)應(yīng)的空載開度為15.5%左右。所以自動(dòng)開機(jī)時(shí)在無法開至實(shí)際水頭對(duì)應(yīng)的空載開度21%左右，造成開機(jī)失敗。

（2）2號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修于4月初完成后，開機(jī)試驗(yàn)過程中，上位機(jī)發(fā)2號(hào)機(jī)組空轉(zhuǎn)令，導(dǎo)葉開啟至19%左右時(shí)無法繼續(xù)開啟，轉(zhuǎn)速在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法上升至90%Ne，隨即4號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉全關(guān)、監(jiān)控報(bào)“轉(zhuǎn)速未到90%Ne以上，流程退出”，2號(hào)機(jī)組開機(jī)失敗。對(duì)調(diào)速器電氣柜觸摸屏上給定操作菜單設(shè)置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)水頭為人工水頭且設(shè)置值為75 m，而實(shí)際水頭只有65 m左右，造成在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無法開至65 m下對(duì)應(yīng)的空載開度引起開機(jī)失敗。

3.2 比例閥參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引起調(diào)速器異常

4號(hào)機(jī)試運(yùn)行過后根據(jù)調(diào)度要求負(fù)荷由225 MW減至200MW時(shí)隨后出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)，運(yùn)行人員由A套切B套自動(dòng)，導(dǎo)葉突然開至99.7%，再切換至A套自動(dòng)，人為將負(fù)荷降至200 MW，恢復(fù)正常。通過對(duì)調(diào)速器B套PLC內(nèi)部程序進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)程序內(nèi)部比例閥配置文件設(shè)置不對(duì)，實(shí)際應(yīng)為4～20 mA電流型 （中位位置12 mA），而程序中設(shè)置為0～10 V電壓型 （中位位置5 V），而比例閥內(nèi)阻經(jīng)測(cè)量為200 Ω，主配在中位時(shí)電壓應(yīng)為5 V，換算得電流為25 mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出20 mA最大量程范圍，造成由A機(jī)切換至B機(jī)時(shí)直接給定最大開度100%。

3.3 防范措施

（1）以上幾起由于設(shè)備參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成機(jī)組開機(jī)失敗或異常情況，暴露出機(jī)組在調(diào)試過程中存在設(shè)備隱患未及時(shí)得到溝通解決的問題，在機(jī)組交接過后遺留的缺陷也未及時(shí)處理，影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，為此，將在加強(qiáng)專業(yè)技能學(xué)習(xí)的同時(shí)進(jìn)一步完善參數(shù)定值臺(tái)賬的管理。

（2）加強(qiáng)設(shè)備定期巡回工作，特別是節(jié)假日和雷雨天氣時(shí)要對(duì)重要參數(shù)加強(qiáng)重點(diǎn)巡回，將設(shè)備隱患消除在萌芽狀態(tài)。

4 結(jié) 論

通過對(duì)1～4號(hào)機(jī)組調(diào)速器控制回路的改造和優(yōu)化，對(duì)設(shè)備日常的維護(hù)管理，積極排查設(shè)備存在的隱患，及時(shí)處理，提高了機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定性。

［1］孔昭年，趙坤耀，等.水輪機(jī)電液調(diào)速系統(tǒng)及其裝置技術(shù)規(guī)程［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［2］孫邦彥，吳應(yīng)文，等.水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置試驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)程［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

［3］鄭阿奇.施耐德PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.

［4］鄭濤平，鄒海青，陳明泉.亭子口水利樞紐電站水輪發(fā)電機(jī)組選型設(shè)計(jì)及主要技術(shù)問題探討［J］.水力發(fā)電，2013,39（6）:21-23.