小灣水電站機組開機條件優(yōu)化措施探討

陳團軍（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

小灣水電站機組開機條件優(yōu)化措施探討

陳團軍
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

針對水電機組啟停頻繁的特點，對小灣電站開機控制規(guī)律進行了深入探討。研究了各種參數(shù)及機組開機規(guī)律，對機組開機流程啟動源進行了完善并提出優(yōu)化措施，對部分自動化元器件加入冗余判斷，提高了流程判斷測點的科學性和機組開機條件判斷及過程的可靠性，機組自動開機成功率不斷提高。

機組自動開機；開機邏輯條件；優(yōu)化措施；小灣水電站

小灣水電站位于云南省鳳慶縣與南澗縣交界的瀾滄江上，電站以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、攔沙及航運等綜合利用效益，系瀾滄江中下游河段梯級開發(fā)的第2級電站和龍頭水庫，電站水庫的庫容約150億m3。電站裝機容量6×700 MW，是目前700 MW水輪機當中水頭最高（251 m）的水輪機。

2009年小灣水電站首臺機組投產發(fā)電運行，自2012年以來，小灣水電廠倡導推行“無人值班、少人值守”模式，通過不斷對電站機組開機流程啟動源進行完善和提出優(yōu)化措施，對部分自動化元器件加入冗余判斷，提高流程判斷測點的科學性，提高機組開機條件判斷及過程的嚴密可靠，不斷提高機組自動開機成功率。本文總結了歷年機組開機流程啟動源完善情況及優(yōu)化措施。

1　自動開機條件流程簡介

機組自動開機（停機態(tài)至發(fā)電態(tài)）分為中控室上位機操作員站和機組現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)LCU兩部分。從自動開機的流程來看，影響到開機成功率主要有開機滿足條件、現(xiàn)地機組LCU運行情況、調試器系統(tǒng)、筒閥系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)運行情況、發(fā)電機出口GCB隔離開關及同期裝置的合閘回路等因素。為便于分析，把開機條件分為靜態(tài)條件和動態(tài)條件。靜態(tài)條件是指部分暫不會變化的信號，無需操作設備就已滿足的一些條件，如滿足條件中的各導軸承油位正常，各冷卻水正常，制動風閘均已落下等；動態(tài)條件是指開機過程中需對設備進行操作的，如開機過程中成功合閘發(fā)電機出口GCB隔離開關、導葉接力器鎖錠拔出、筒閥全開、調試器導葉受令調節(jié)、勵磁系統(tǒng)正常建壓、同期裝置正常投入等。

2　開機靜態(tài)條件優(yōu)化措施

2.1各導軸承油槽油位狀態(tài)判斷邏輯優(yōu)化

（1）修改原因。導軸承油槽磁翻板油位計由于機組主軸轉動的離心力帶動油槽油流甩動造成油位計卡塞或是信號端子松動等，機組停機后未復歸，開機令下發(fā)，導軸承油槽油位異常，自動開機條件不滿足，開機流程退出。

（2）原邏輯。各導軸承油槽油位正常判斷只判斷油位異常信號（開關量）不動作。

（3）修改后邏輯。冗余增設各導軸承油槽油位模擬量判斷，油位正常判斷條件為油位異常（開關量）不動作或油位模擬量在正常范圍內與油位模擬量品質為好，提高了測點可靠性。

2.2各冷卻水流量狀態(tài)判斷邏輯優(yōu)化

（1）修改原因。因機組技術供水采用離心泵從尾水抽水供給，有時會出現(xiàn)尾水位在991 m高程，上導軸承安裝在998 m高程，機組停機后上導軸承冷卻水管路進氣，開機令下發(fā)，技術供水泵啟動后，由于上導軸承冷卻管路需要排氣，導致120 s內上導冷卻水未上升至“流量低復歸”所需流量，造成開機流程退出。

（2）原邏輯。各冷卻水流量正常判斷改為異常信號（開關量）不動作。

（3）修改后邏輯。冗余增設各冷卻水流量正常判斷改為流量異常信號（開關量）不動作或流量模擬量高于低限值，提高了測點可靠性。

2.3主軸密封水壓力正常、水流量正常狀態(tài)判斷邏輯優(yōu)化

（1）修改原因。主軸密封壓力開關測壓管路存在堵塞、壓力開關針閥未開到位，造成主軸密封水投入不正常（水壓力不正常、水流量不正常），輔機開啟或退出不成功，開機流程報警、退出。

（2）原邏輯。主軸密封水壓力正常、水流量正常異常信號（開關量）不動作。

（3）修改后邏輯。冗余增設主軸密封水壓力正常、水流量正常異常信號（開關量）不動作或模擬量不越低限。

3　開機動態(tài)條件優(yōu)化措施

3.1筒閥全開狀態(tài)判斷邏輯優(yōu)化

（1）修改原因。機組開機過程，筒閥電氣控制柜內開出至監(jiān)控LCU柜的繼電器公共端短接片松動，筒閥全開硬接點信號未上送到監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)報出筒閥未全開，開機流程退出；由于機組長時間停機，筒閥6個接力器無桿腔壓力不均，筒閥動作時由于6個接力器動作行程偏差較大，筒閥發(fā)卡，停止動作。

（2）原邏輯。開機流程中設置筒閥未100%全開信號開關量；在關閉過程初始階段（100%～97.5%開度）和開啟過程初始階段（0～2.5%），比例閥全開給接力器供油，分流器不投入運行。

（3）修改后邏輯。冗余增設筒閥未100%全開信號開關量或筒閥未100%全開信號模擬量；取消筒閥動作在關閉過程初始階段（100%～97.5%開度）和開啟過程初始階段（0～2.5%），比例閥全開給接力器供油的小油路控制策略，直接接通主油路，比例閥投入調節(jié)，防止筒閥動作發(fā)卡。

3.2調試器導葉開限GV_Max_Limit賦值優(yōu)化

（1）修改原因。調速器開機令發(fā)出后3 min內機組轉速未上升到95%Ne，流程報警，啟動停機流程?？菟谛硯焖幌漭^快，水頭下降后機組開機時間進一步增長，部分機組開機至95%轉速時間延長至180 s左右，須及時修改調試器電柜上的人工設置水頭與實際水頭相匹配。調速器收到開機令后：①當頻率小于45 Hz期間，導葉以0.25%/s的速率開啟，最大開至1.4倍空載開度；②當頻率在45～47.5 Hz期間，導葉給定為1.3倍空載開度；③當頻率大于47.5 Hz后，經延時進入空載態(tài)，進行頻率閉環(huán)控制。其中①、②階段為開機態(tài)，全過程中設置一個導葉開限GV_Max_Limit（1.4倍空載開度）是在開機程序的初始化過程中執(zhí)行，若修改調試器電柜上人工水頭后未進行PLC復位操作，GV_ Max_Limit仍是上次復位后的值，不進行重新賦值，從而導致開機過程中導葉開限未能隨水頭變化而變化，造成開機過程中導葉開度受限，機組頻率上升較慢，從監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)調速器開機令180 s后機組最高轉速升至94.7%，監(jiān)控系統(tǒng)判定機組開機至空轉（轉速95%）未成功，開機流程退出，轉停機流程。

（2）原邏輯。調試器導葉開限GV_Max_Limit賦值為1.4倍空載開度的過程在開機程序的初始化過程中執(zhí)行。機組監(jiān)控LCU開機流程中“開機至調速器”軟延時時間180 s。

（3）修改后邏輯。調試器導葉開限GV_Max_ Limit賦值為1.4倍空載開度的過程在開機循環(huán)程序中執(zhí)行，確保每次調用開機程序時該語句均被執(zhí)行，且避免修改調試器電柜上人工水頭后“導葉開限”在不復位PLC的情況下受設置水頭控制。將機組監(jiān)控LCU開機流程中“開機至調速器”軟延時時間從180 s修改為300 s，適當增加轉速上升時間裕度。

3.3調速器導葉接力器自動鎖錠行程開關投入/退出狀態(tài)判斷邏輯優(yōu)化

（1）修改原因。由于調速器導葉接力器自動鎖錠本體結構、鎖錠塊偏移，鎖錠位置指示桿旋轉、晃動，以致導葉接力器自動鎖行程開關信號不能準確報出（實際鎖錠塊正確動作），造成監(jiān)控收令鎖錠不定態(tài)，開機條件不滿足，開機流程退出。

（2）原邏輯。行程開關通過調速器導葉接力器自動鎖錠位置指示桿動作測量鎖錠塊位置，行程開關通過信號回路開出鎖錠“投入”和“退出”信號。

（3）修改后邏輯。冗余增設光電式無觸點行程開關與原行程開關并聯(lián)在一起，任一行程開關動作均能正確報出鎖錠“投入”和“退出”信號，防止鎖錠位置信號異常。

3.4導葉位移傳感器控制程序邏輯優(yōu)化

（1）修改原因。導葉位移傳感器用于測量導葉位移，將導葉位移信號送至調試器電柜和機柜作閉環(huán)控制。位移傳感器安裝有2個，正常工作一個主用，另一個備用。從機組投產以來，接連出現(xiàn)導葉位移傳感器滑塊脫落，使調速器系統(tǒng)反饋失真；當導葉位移傳感器滑塊脫落時，程序無法判定導葉位移傳感器故障，不能將備用傳感器選擇為主用。致使機組開機過速，開機失敗，流程退出。

（2）原邏輯。導葉位移傳感器滑塊為接觸式滑塊；程序無法判定導葉位移傳感器故障，不能將備用傳感器選擇為主用。

（3）修改后邏輯。將原來的接觸式滑塊改為懸浮式滑塊，避免了由于機組在運行狀態(tài)下因振動、摩擦，導致傳感器滑塊與導葉接力器之間的鏈接螺栓松動，造成滑塊脫落；對調速器導葉位移程序進行修改，并傳入PCC控制器，當主用導葉位移傳感器故障，控制程序自動將備用傳感器選擇為主用。

3.5其他優(yōu)化措施

（1）由于調速器系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)配合不當，調速器開機過程中導葉開度過大使機組頻率升高較高，導致調速器調節(jié)過程中超調量大，機組頻率調節(jié)穩(wěn)定時間長。在同期啟動時調速器頻率未調節(jié)穩(wěn)定，不能滿足同期對頻率偏差的要求，同期裝置與調速器系統(tǒng)同時作用對機組頻率進行調節(jié)，導致超調量大，同期超時退出，機組同期并網(wǎng)不成功。故為了減小開機過程中導葉開限，在監(jiān)控開機流程中同期投入點延后，在調速器頻率穩(wěn)定后再投同期裝置，由180 s修改為300 s；同步修改投PT、選對象、啟同期時間，提高開機成功率。

（2）取消500 kV 1～6號電纜開關站側刀閘合閘位置判斷條件，機組檢修結束后首次啟動自動開機空轉時，電氣部分檢修安全措施尚未恢復，檢修啟動過程中需采取強制測點辦法滿足開機條件。從安全上分析，監(jiān)控系統(tǒng)強制測點屬解鎖操作，除操作監(jiān)護外沒有任何防誤閉鎖措施，從減少操作風險角度考慮取消該測點。

（3）增加同期裝置無故障和自準位置，發(fā)電機出口開關 GCB SF6氣壓低閉鎖，發(fā)電機出口開關GCB分合閘線圈電源消失報警判斷，在開機前將開機流程中需要用到的重要設備狀態(tài)進行判斷，提高開機成功率。

（4）因機組“停機態(tài)”已判斷導葉全關和GCB分位，取消開機時導葉全關、GCB分位條件判斷。

4　結語

影響開機成功因素有許多，熟悉并掌握自動開機流程，掌握每個信號源、每條回路接線情況，就可用在較短時間內及時消除開機過程中的故障，從而提高機組自動開機成功率。小灣水電站機組運行過程中曾出現(xiàn)過一些機組自動開機不成功的現(xiàn)象，經分析查明原因后，不斷的對機組自動開機滿足條件進行完善和措施優(yōu)化，使流程中的各項條件更加科學、嚴密，機組運行可靠性也不斷提高，確保了自動開機的操作順利。

［1］郭文濤.水輪發(fā)電機組自動開機優(yōu)化措施［C］//2012年江西省電機工程學會年會論文集.南昌：江西省電機工程學會，2012：184-186.

［2］李春露，楊建彬，陳映喜.小灣電廠無人值班整改1～6號機組監(jiān)控側邏輯實施配合方案［R］.大理：華能小灣水電廠，2014.

［3］盧鳳磊，柯文俊，等.小灣電廠異常處理匯編手冊［R］.大理：華能小灣水電廠，2013.

（責任編輯王琪）

Discussion on Starting Optimization of Hydro-generators in Xiaowan Hydropower Station

CHEN Tuanjun
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

The starting and shut-down of hydro-generators in Xiaowan Hydropower Station is frequent.The laws of starting and shut-down controls for the hydro-generators in Xiaowan Hydropower Station are studied.By studying the parameters and laws of starting and shut-down，the starting process sources are improved and optimized and some automation components are added with redundancy judgment.These optimizations improve the scientific judgment of starting and shut-down process and the reliability of starting condition judgment，and continuously improve the success rate of unit automatic starting.

automatic starting of unit；starting logic condition；optimization；Xiaowan Hydropower Station

TM312.1（274）

A

0559-9342（2015）10-0018-03

2015-07-29

陳團軍（1983—），男，云南大理人，工程師，主要從事水電站運行維護管理工作.