彭水水電站5號(hào)機(jī)組建模試驗(yàn)中負(fù)荷異常上升原因分析

劉曉云

（重慶大唐國(guó)際彭水水電開發(fā)有限公司，重慶 409600）

1 彭水水電站水輪機(jī)調(diào)速器

彭水水電站調(diào)速器系統(tǒng)主要由自動(dòng)控制系統(tǒng)和機(jī)械部分組成。自動(dòng)控制系統(tǒng)使用三峽能事達(dá)公司提供的PFWT-200-6.3型電液調(diào)速器，調(diào)速器機(jī)械部分主要由GE原裝進(jìn)口的FC20000閥組、油壓裝置、接力器與事故配壓閥組成。

三個(gè)獨(dú)立的微機(jī)控制器A套、B套及C套組成彭水水電站調(diào)速器自動(dòng)控制系統(tǒng)，A、B、C三套互為備用。微機(jī)調(diào)節(jié)器（A和B）+機(jī)械液壓系統(tǒng)=自動(dòng)調(diào)節(jié)通道，微機(jī)調(diào)節(jié)器（C）+機(jī)械液壓系統(tǒng)=電手動(dòng)控制通道。三套間的數(shù)據(jù)通過(guò)MB+網(wǎng)實(shí)現(xiàn)交叉冗余冗錯(cuò)，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)能無(wú)擾動(dòng)切換。調(diào)速器能在頻率模式、開度模式、功率模式三種模式下運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速器手/自動(dòng)控制模式、運(yùn)行無(wú)擾動(dòng)切換以及自動(dòng)控制導(dǎo)葉、按水頭自動(dòng)整定空載開度、開機(jī)、停機(jī)等功能。

機(jī)組并網(wǎng)前調(diào)速器僅能在“頻率模式”運(yùn)行，機(jī)組并網(wǎng)時(shí)轉(zhuǎn)為“功率模式”或者“開度模式”。機(jī)組正常在功率模式下運(yùn)行，如果調(diào)速器檢測(cè)到來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)的功率給定輸入有故障，調(diào)速器自動(dòng)切為開度模式運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)調(diào)速器的模式信號(hào)切換至相應(yīng)的開度模式調(diào)節(jié)方式。機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后頻率波動(dòng)超過(guò)±0.5Hz時(shí)，調(diào)速器自動(dòng)由開度模式或功率模式轉(zhuǎn)為頻率模式，即“孤網(wǎng)運(yùn)行”方式。

調(diào)速器控制系統(tǒng)及轉(zhuǎn)速繼電器測(cè)頻信號(hào)來(lái)自齒盤和殘壓。在正常運(yùn)行時(shí)以殘壓測(cè)頻為主，齒盤計(jì)數(shù)測(cè)頻為輔。

2 彭水水電站5號(hào)機(jī)組調(diào)速器負(fù)荷異常上升的原因分析

事件概述：2012年1月15日，5號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修后做調(diào)速器建模試驗(yàn)，在對(duì)調(diào)速器進(jìn)行帶負(fù)荷頻率調(diào)整試驗(yàn)后，機(jī)組當(dāng)時(shí)所帶固定負(fù)荷為270MW，導(dǎo)葉開度54%。試驗(yàn)人員已完成各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)測(cè)定準(zhǔn)備結(jié)束試驗(yàn)時(shí)，在沒有上位機(jī)和人員干預(yù)的情況下（上位機(jī)有功調(diào)節(jié)退出模式），導(dǎo)葉開度在8秒鐘內(nèi)突然增加到83%，有功功率增加到430MW，在導(dǎo)葉開度達(dá)到83%后2s鐘導(dǎo)葉開度開始自動(dòng)逐步減小到54%，5號(hào)機(jī)組有功功率穩(wěn)定在270MW。5號(hào)機(jī)組功率異常上升時(shí)，導(dǎo)葉開度、有功功率波形如圖1所示。

監(jiān)控報(bào)文有：“勵(lì)磁調(diào)節(jié)器綜合限制動(dòng)作”、“勵(lì)磁過(guò)勵(lì)限制動(dòng)作”、“勵(lì)磁欠勵(lì)限制動(dòng)作”。

停機(jī)后全面檢查調(diào)速器系統(tǒng)無(wú)異常。

3 原因分析

（1）監(jiān)控開出繼電器原因

機(jī)組在自動(dòng)運(yùn)行工況下，調(diào)整負(fù)荷的指令由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向調(diào)速器發(fā)出，監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控本身的開出繼電器來(lái)發(fā)出該指令。由于監(jiān)控程序原因?qū)⒃龉α畛掷m(xù)開出，或模塊故障，增功繼電器接點(diǎn)黏連，都會(huì)引起調(diào)速器的增功輸入信號(hào)長(zhǎng)期存在，引起機(jī)組負(fù)荷出現(xiàn)大的波動(dòng)，造成溜負(fù)荷的后果。技術(shù)人員檢查監(jiān)控當(dāng)時(shí)為有功調(diào)節(jié)退出模式，排出了程序原因，檢查輸出模件和繼電器接點(diǎn)以及至調(diào)速器信號(hào)接線，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，基本排除了監(jiān)控誤發(fā)信號(hào)原因。

圖1 5號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉開度、有功功率波形

（2）導(dǎo)葉位移傳感器故障

導(dǎo)水葉位置傳感器將導(dǎo)葉機(jī)械位移量變換成數(shù)字量送給微機(jī)調(diào)節(jié)器，作為實(shí)際的導(dǎo)葉開度，其與導(dǎo)葉開度給定值在微機(jī)調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行比較產(chǎn)生差值，此差值再用來(lái)控制微機(jī)調(diào)節(jié)器與比例伺服閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)。自動(dòng)通道A套、B套和電手動(dòng)通道C套調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的每一調(diào)節(jié)器的導(dǎo)葉位移信號(hào)取自動(dòng)獨(dú)立的位移傳感器。當(dāng)導(dǎo)葉位移傳感器故障時(shí)，調(diào)速器導(dǎo)葉開度輸入故障，導(dǎo)致輸入給比例伺服閥的電信號(hào)錯(cuò)誤，引起溜負(fù)荷。當(dāng)機(jī)組開機(jī)狀態(tài)下，調(diào)速器自動(dòng)通道導(dǎo)葉反饋故障后調(diào)速器將開度保持在故障前狀態(tài)，當(dāng)三套全部消失時(shí)調(diào)速器自動(dòng)關(guān)閉導(dǎo)葉，不會(huì)出現(xiàn)突增開度現(xiàn)象；檢查調(diào)速器三套導(dǎo)葉開度傳感器沒有異常情況；基本排除了導(dǎo)葉位移傳感器故障原因。

（3）調(diào)速器測(cè)頻通道故障

由于調(diào)速器殘壓測(cè)頻模塊異常，造成測(cè)頻模塊輸出跳變，PLC測(cè)的機(jī)組頻率跳變，當(dāng)其跳變值大于0.5Hz時(shí)，調(diào)速器自動(dòng)將開度模式轉(zhuǎn)為負(fù)載頻率模式（為孤網(wǎng)模式），此時(shí)頻率的波動(dòng)相當(dāng)與調(diào)速器在空載模式下的頻率擾動(dòng)，導(dǎo)葉開度就有可能在短時(shí)間內(nèi)大幅度變化。通過(guò)模擬機(jī)組開機(jī)情況下，在測(cè)頻回路端子上加電壓信號(hào)，改變此電壓信號(hào)的頻率，觀察工控機(jī)界面上頻率顯示是否與所加頻率一致，來(lái)驗(yàn)證測(cè)頻通道及測(cè)頻模塊是否完好。檢查調(diào)速器測(cè)頻模塊時(shí)，使用頻率發(fā)生器校驗(yàn)測(cè)頻模塊沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，檢查PLC運(yùn)行正常?；九懦苏{(diào)速器測(cè)頻通道故障因素。

（4）比例伺服閥及壓力油油質(zhì)原因

比例伺服閥將調(diào)速器發(fā)出的負(fù)荷增減的4～20mA電信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出的油流量去驅(qū)動(dòng)主配壓閥，經(jīng)過(guò)主配壓閥液壓放大后控制主接力器動(dòng)作導(dǎo)葉，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷的調(diào)整。其應(yīng)具備高精度、高響應(yīng)性能、良好的耐污能力及防卡能力。比例伺服閥工作不正常，可能引起機(jī)組負(fù)荷突變。

比例伺服閥微機(jī)調(diào)速器是由微機(jī)調(diào)節(jié)器和電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的。電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括比例伺服閥、主配壓閥、油缸油管路及其中的透平油。影響電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行力的原因除了閥體自身特性以外，油質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生很大影響。如果油中存在金屬性的較大雜質(zhì)，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，比例伺服閥或主配壓閥的油缸內(nèi)壁會(huì)造成損傷。當(dāng)機(jī)組增減負(fù)荷時(shí)，比例伺服閥及主配壓閥動(dòng)作被油中雜質(zhì)卡住而不能很好的回中，造成機(jī)組負(fù)荷調(diào)整值與實(shí)際值存在比較大的差異，造成機(jī)組溜負(fù)荷。所以定期濾油及更換濾網(wǎng)是很重要的工作。機(jī)組在發(fā)電態(tài)下，由于主配壓閥毛刺或透平油含有雜質(zhì)進(jìn)入主配壓閥，造成主配壓閥在開方向卡阻，負(fù)荷突增。但是由于主配壓閥由于機(jī)械原因卡阻不可復(fù)歸，即主配往開方向卡阻后不能自動(dòng)歸中，這與當(dāng)時(shí)過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象不吻合，基本排出主配卡阻原因。

（5）試驗(yàn)儀器（發(fā)頻設(shè)備）異常

由于5號(hào)機(jī)組出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷情況時(shí)，調(diào)速器建模試驗(yàn)接線未拆除，調(diào)速器測(cè)的機(jī)組頻率為試驗(yàn)儀器所發(fā)出，當(dāng)試驗(yàn)儀器所發(fā)出頻率信號(hào)有突變時(shí)，調(diào)速器測(cè)頻模塊測(cè)的頻率相應(yīng)突變，導(dǎo)葉開度就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)大幅度變化。

導(dǎo)葉開度與頻率的關(guān)系如下方程式（1）：

其中△Y為機(jī)組導(dǎo)葉開度變化；△f為機(jī)組頻率變化；BP為調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，5號(hào)機(jī)組設(shè)置為4%。

由方程式可得出方程式（2）：

由方程式（2）可知，當(dāng)時(shí)5號(hào)機(jī)組調(diào)速器頻率波動(dòng)值大于0.5Hz時(shí)，調(diào)速器自動(dòng)將開度模式轉(zhuǎn)為頻率模式運(yùn)行，進(jìn)行孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，一次調(diào)頻不起作用。查看調(diào)速器導(dǎo)葉開度波形，此波形類似空載頻率擾動(dòng)試驗(yàn)的波形，更加驗(yàn)證了5號(hào)機(jī)組頻率突變是此次5號(hào)調(diào)速器負(fù)荷異常上升的原因。引起頻率突變的可能原因有調(diào)速器測(cè)頻通道故障，見上文第（3）條，可排除。另一個(gè)原因是外部信號(hào)跳變，見上文第（5）條。

經(jīng)開分析會(huì)一致認(rèn)為5號(hào)機(jī)組出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷原因?yàn)榈冢?）種原因。

4 類似事故預(yù)防措施

（1）嚴(yán)格按照試驗(yàn)規(guī)程及通過(guò)審批合格的技術(shù)方案執(zhí)行相關(guān)步驟做試驗(yàn)；

（2）試驗(yàn)前，做好現(xiàn)場(chǎng)“三講一落實(shí)”工作，現(xiàn)場(chǎng)工作負(fù)責(zé)人及試驗(yàn)負(fù)責(zé)人應(yīng)向參加工作的試驗(yàn)人員交代安全注意事項(xiàng)，嚴(yán)格遵守生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)管理制度；

（3）外來(lái)試驗(yàn)人員應(yīng)熟悉本廠調(diào)速器系統(tǒng)工作原理，必須具備相關(guān)工作能力且經(jīng)過(guò)安全技術(shù)交底后方可到現(xiàn)場(chǎng)工作；

（4）試驗(yàn)前必須對(duì)試驗(yàn)儀器進(jìn)行檢查，查看試驗(yàn)儀器是否是由具備檢定能力的單位檢定，且儀器在檢定周期內(nèi)，輸入輸出信號(hào)正常，工作可靠，具備較強(qiáng)抗干擾能力；

（5）按照相關(guān)規(guī)定和設(shè)備使用規(guī)程正確布置試驗(yàn)接線、正確使用儀表及工器具，試驗(yàn)接線采用屏蔽電纜，電纜屏蔽層和試驗(yàn)儀器應(yīng)接地；

（6）嚴(yán)格遵守工作票制度，在調(diào)速器和相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)上接入和拆除信號(hào)線必須嚴(yán)格按照繼電保護(hù)措施票執(zhí)行；

（7）嚴(yán)禁在試驗(yàn)設(shè)備及盤柜警戒線范圍內(nèi)使用對(duì)講機(jī)和手機(jī)等無(wú)線通話設(shè)備，嚴(yán)防因該原因造成機(jī)組運(yùn)行不正常；

（8）試驗(yàn)結(jié)束后及時(shí)通知運(yùn)行部門將調(diào)速器運(yùn)行方式由自動(dòng)工況切至手動(dòng)工況，工況切換后拆除試驗(yàn)接線，防止參試機(jī)組誤動(dòng)作，誤發(fā)頻給信號(hào)，造成不良后果。

[1]周偉.彭水電站調(diào)速器系統(tǒng)控制及遇到的問題淺析[J].水電與新能源，2013（z1）.