一例水輪發(fā)電機(jī)組高轉(zhuǎn)速加閘原因分析及防范措施

蔣 敏

(四川革什扎水電開發(fā)有限責(zé)任公司， 四川 丹巴 626300)

1 概 述

某水電站一水輪發(fā)電機(jī)組在調(diào)試階段停機(jī)過程中，投入電氣制動(dòng)數(shù)秒后投入了機(jī)械制動(dòng)，高轉(zhuǎn)速加閘造成閘塊磨損約4 mm。事后分析查找原因，發(fā)現(xiàn)齒盤測速信號(hào)之前已經(jīng)為零，在電氣制動(dòng)投入后殘壓測速信號(hào)消失，導(dǎo)致機(jī)械加閘轉(zhuǎn)速信號(hào)接點(diǎn)誤動(dòng)作，監(jiān)控誤開出加閘。筆者針對(duì)此事件進(jìn)行分析，提出了以下幾點(diǎn)防范措施。

2 高轉(zhuǎn)速加閘事件經(jīng)過

某水電站采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的方式，正常停機(jī)時(shí)在80%ne(額定轉(zhuǎn)速)投入電制動(dòng)，至10%ne時(shí)投入機(jī)械制動(dòng)；故障情況下(滅磁開關(guān)跳閘)不投入電制動(dòng)，在20%ne時(shí)直接投入機(jī)械制動(dòng)。

該電站采用單套齒盤和殘壓測速裝置，正常情況下以齒盤測速為主，齒盤信號(hào)故障則切換至殘壓測速。測速裝置輸出開關(guān)量接點(diǎn)分別送監(jiān)控、勵(lì)磁等系統(tǒng)，作用于報(bào)警、投電制動(dòng)、加閘和起勵(lì)等操作。

因現(xiàn)場測速齒盤齒數(shù)過多(44個(gè))，齒盤測速脈沖信號(hào)周期達(dá)到4.54 ms，已經(jīng)超過了調(diào)速器PLC高速計(jì)數(shù)模塊的最小分辨率(5 ms)。為滿足調(diào)速器和測速裝置同時(shí)使用齒盤測速，將齒盤重新加工為22個(gè)齒后回裝，之后執(zhí)行“空轉(zhuǎn)-停機(jī)流程”時(shí)，投入電氣制動(dòng)數(shù)秒后，調(diào)試人員發(fā)現(xiàn)有閘塊磨損的氣味。檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)械加閘已經(jīng)頂起，調(diào)試人員立即手動(dòng)排氣復(fù)歸閘塊，但仍造成閘塊部分磨損。

3 高轉(zhuǎn)速加閘事件產(chǎn)生原因分析

3.1 監(jiān)控報(bào)文分析

高轉(zhuǎn)速加閘事件發(fā)生后，調(diào)取監(jiān)控報(bào)文(表1)了解情況。

表1 高轉(zhuǎn)速加閘監(jiān)控報(bào)文表

由表1可見，1F機(jī)組在停機(jī)過程中，在機(jī)組出口短路刀閘合閘數(shù)秒后，轉(zhuǎn)速信號(hào)由80%ne降至10%ne。而實(shí)際正常投入電制動(dòng)后，機(jī)組轉(zhuǎn)速需約幾百秒才可能降至10%ne。因此，可以判斷測速裝置報(bào)出的機(jī)械加閘轉(zhuǎn)速信號(hào)點(diǎn)屬于誤報(bào)。

3.2 測速系統(tǒng)分析

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，齒盤回裝后，測速裝置的齒盤測速信號(hào)異常，測速裝置僅殘壓測速能正常工作。在監(jiān)控系統(tǒng)投入電氣制動(dòng)、機(jī)組出口短路刀閘合閘后，殘壓信號(hào)亦消失，導(dǎo)致測速裝置測得轉(zhuǎn)速為0，機(jī)械加閘轉(zhuǎn)速條件滿足，監(jiān)控系統(tǒng)開出動(dòng)作機(jī)械加閘電磁閥。

3.3 監(jiān)控程序分析

分析監(jiān)控系統(tǒng)“空轉(zhuǎn)至停機(jī)流程”發(fā)現(xiàn)，其在收到“投入電氣制動(dòng)”轉(zhuǎn)速接點(diǎn)后，先向機(jī)組保護(hù)發(fā)“閉鎖差動(dòng)保護(hù)”命令，再投入機(jī)組出口短路刀閘，之后向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)“投電氣制動(dòng)”命令。在勵(lì)磁系統(tǒng)跳開陽極刀閘、合上制動(dòng)變高壓側(cè)開關(guān)后，電氣制動(dòng)正式發(fā)揮制動(dòng)作用。但監(jiān)控程序在電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩步之間沒有設(shè)置硬性等待時(shí)間條件，僅靠轉(zhuǎn)速信號(hào)條件滿足即從電氣制動(dòng)進(jìn)入機(jī)械制動(dòng)，因此測速裝置信號(hào)接點(diǎn)誤動(dòng)造成了此次誤加閘。

4 高轉(zhuǎn)速加閘防范措施

4.1 優(yōu)化測速裝置

測速裝置是此次高轉(zhuǎn)速加閘事件的關(guān)鍵，若單套齒盤測速信號(hào)消失的報(bào)警信號(hào)能進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)流程，又或還有一套轉(zhuǎn)速裝置能正常工作，均能避免此次事件的發(fā)生。因此，擬增設(shè)一套測速裝置，所增設(shè)的測速裝置采用與已有的測速裝置不同的齒盤和殘壓信號(hào)。兩套測速裝置的開關(guān)接點(diǎn)80%ne、20%ne、10%ne均串聯(lián)動(dòng)作于監(jiān)控系統(tǒng)，115%ne、130%ne均并聯(lián)動(dòng)作于監(jiān)控系統(tǒng)(圖1)。

4.2 優(yōu)化監(jiān)控程序

在監(jiān)控系統(tǒng)“空轉(zhuǎn)至停機(jī)流程”中設(shè)置轉(zhuǎn)速監(jiān)測，若在投入電氣制動(dòng)之后10 s內(nèi)收到“投機(jī)械制動(dòng)”接點(diǎn)，則判為測速裝置故障。投入電氣制動(dòng)之后必須等待800 s，在收到“投機(jī)械制動(dòng)”接點(diǎn)后方才投入機(jī)械加閘。

4.3 完善安全措施

圖1 測速裝置轉(zhuǎn)速接點(diǎn)邏輯圖

在機(jī)組調(diào)試階段第一次有水試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組加閘和反充必須手動(dòng)完成。先將加閘和反充氣源關(guān)掉，待檢查電磁閥動(dòng)作正常后再投入使用。

5 結(jié) 語

對(duì)于同時(shí)采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)的水輪發(fā)電機(jī)組，若只有一套測速裝置，在齒盤信號(hào)出現(xiàn)問題時(shí)很容易造成高轉(zhuǎn)速加閘。通過增設(shè)轉(zhuǎn)速裝置和優(yōu)化監(jiān)控程序，能夠很好地避免這一隱患。特別是監(jiān)控程序中電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩個(gè)步驟間的強(qiáng)行等待時(shí)間，可以為同類機(jī)組提供有益的借鑒。