泰山抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)溫度保護(hù)邏輯優(yōu)化方法研究

陳 鑫，王洪博，孫召輝，白劍飛，劉曉波，谷東永

（1.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京100038）

0 引言

泰山抽水蓄能電站位于山東省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5 km，距濟(jì)南市約70 km，電站在山東電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、填谷作用，兼有調(diào)相和緊急事故備用等功能。泰安抽水蓄能電站安裝有4臺單機容量為250 MW的可逆式水泵水輪機組和發(fā)電電動機組，其正常運行工況主要有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等4種。

泰蓄電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)按照“無人值班”（少人值守）的原則設(shè)計，采用德國福伊特公司設(shè)計開發(fā)的VSHyCon CS7計算機監(jiān)控系統(tǒng)[1]。機組水機保護(hù)跳閘矩陣的設(shè)計理念采用“保護(hù)機組為主，保護(hù)電網(wǎng)為輔”的原則，機組跳機條件多，機組跳機次數(shù)多。針對原機組流程跳機條件，經(jīng)過分析泰蓄現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)并結(jié)合國網(wǎng)新源公司《機組機械保護(hù)自動化元件（裝置）動作邏輯指導(dǎo)意見》、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32894-2016《抽水蓄能機組工況轉(zhuǎn)換技術(shù)導(dǎo)則》以及其他抽蓄電站的跳機條件,從溫度、壓力、流量等方面進(jìn)行優(yōu)化。本文介紹了對泰蓄原有溫度保護(hù)所做的優(yōu)化措施。

1 溫度保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計原則

泰蓄電站（以下簡稱“泰蓄”）機組溫度保護(hù)涉及到的保護(hù)點包括：上導(dǎo)軸承瓦溫、推力軸承瓦溫、下導(dǎo)軸承瓦溫、水導(dǎo)軸承瓦溫、上導(dǎo)軸承油槽溫度、推力和下導(dǎo)軸承油槽溫度、水導(dǎo)軸承油槽溫度、定子繞組溫度、定子鐵心溫度、主軸密封溫度、主變油溫、止漏環(huán)溫度、調(diào)速器壓力油罐油溫、勵磁變壓器溫度。

泰蓄電站機組原溫度保護(hù)采用單級越限和單點跳機的方式實現(xiàn)，即采用如下方式：各測溫點通過硬接線接入PLC溫度量輸入模件后送到PLC處理單元（RTD方式），在PLC處理單元經(jīng)過程序處理。若某個測點值大于報警值，則發(fā)信號報警；大于跳機設(shè)定值，則發(fā)信號啟動跳機程序并送硬件跳機回路跳機。溫度保護(hù)邏輯：上導(dǎo)軸承瓦溫、下導(dǎo)軸承瓦溫、推力軸承瓦溫單個測點溫度值超過停機值（85℃），延時（15 s）觸發(fā)機械事故跳機流程；水導(dǎo)軸承瓦溫單個測點溫度值超過停機值（70℃），延時（15 s）觸發(fā)機械事故跳機流程；定子繞組單個測點溫度超過停機值（135℃），延時（15 s）觸發(fā)電氣事故跳機流程；定子鐵心單個測點溫度超過停機值（135℃），延時（15 s）觸發(fā)電氣事故跳機流程；勵磁變壓器單個測點溫度超過停機值（145℃），延時（15 s）觸發(fā)機械事故跳機流程；主軸密封單個測點溫度超過停機值（40℃），延時（15 s）觸發(fā)機械事故跳機流程；止漏環(huán)單個測點溫度超過停機值（45℃），延時（15 s）觸發(fā)機械事故跳機流程。

2 溫度保護(hù)邏輯優(yōu)化方法

原溫度保護(hù)系統(tǒng)采用單級越限和單點跳機的方式，很多時候由于自動化元器件松動、自動化元器件故障、虛假報警等導(dǎo)致機組跳機，嚴(yán)重影響機組的安全運行，不利于電網(wǎng)穩(wěn)定。

綜合上述現(xiàn)象，采用以下優(yōu)化措施降低機組誤跳概率：

（1）將單級越限改為兩級越限方式，溫度超過第一級限值時，發(fā)報警信號；溫度超過第二級限值時，發(fā)跳機信號。

（2）將單點跳機方式改為N取2跳機方式，降低單一測點由于元器件松動或故障造成機組跳機的概率。機組推力軸承、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、定子繞組、定子鐵心、主軸密封水、止漏環(huán)的溫度測值不再采用單一測點超過跳機限值就觸發(fā)機組跳機流程的方式，而是采用N取2的方式，即同一部件中任意兩個測點溫度值超過跳機限值就觸發(fā)跳機流程，如機組推力軸承瓦溫任意兩個測點的溫度值超過跳機限值觸發(fā)機組跳機流程。

（3）溫度保護(hù)系統(tǒng)引入梯度報警。溫度傳感器在引入溫度量模塊之前，經(jīng)過了焊接、端子、卡件等環(huán)節(jié)，任何一處接觸不良，均會導(dǎo)致溫度值突變，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致機組保護(hù)誤動[2]。為了避免溫度測值異常變化導(dǎo)致機組誤動，引入梯度報警閉鎖溫度保護(hù)跳機出口功能。如果溫度在短時內(nèi)發(fā)生的變化超過預(yù)設(shè)范圍，認(rèn)為該溫度測點異常，發(fā)出溫度變化異常告警信號，在變化異常情況下測點值不予采信，避免由于自動化元器件異常或者外部干擾導(dǎo)致的測點值突然增大引發(fā)機組誤跳的情況。

（4）設(shè)置閉鎖功能，啟用溫度量模塊的故障診斷功能，在溫度量通道出現(xiàn)故障時溫度保護(hù)模塊閉鎖該通道測點值并發(fā)報警信號。

（5）對于上導(dǎo)軸承油槽溫度、推力和下導(dǎo)軸承油槽溫度、水導(dǎo)軸承油槽溫度、主變油溫、調(diào)速器壓力油罐油溫、勵磁變壓器溫度這些溫度測點，測點值越限信號只觸發(fā)報警，不觸發(fā)跳機流程。

（6）軸承瓦溫保護(hù)是機組溫度保護(hù)系統(tǒng)重要的組成部分。考慮到軸承瓦溫保護(hù)的重要性，將原系統(tǒng)中軸承瓦溫超過跳機限值延時15 s后跳機改為軸承瓦溫超過跳機限值延時10 s后跳機。

（7）溫度保護(hù)系統(tǒng)溫度測值越跳機限值后觸發(fā)的跳機流程全部統(tǒng)一為機械事故跳機。

3 溫度保護(hù)邏輯優(yōu)化措施

泰蓄機組溫度保護(hù)采用第2節(jié)所述的優(yōu)化方法后，優(yōu)化措施如下：

溫度保護(hù)跳機測點僅包含機組推力軸承、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、定子繞組、定子鐵心、主軸密封水、止漏環(huán)；上導(dǎo)軸承油槽溫度、推力和下導(dǎo)軸承油槽溫度、水導(dǎo)軸承油槽溫度、主變油溫、調(diào)速器壓力油罐油溫、勵磁變壓器溫度這些原跳機測點，只觸發(fā)報警，不再觸發(fā)跳機流程。

溫度保護(hù)增加梯度越限閉鎖功能，并且可在溫度保護(hù)模塊引腳端輸入梯度限值，可觸發(fā)跳機的測點個數(shù)也可根據(jù)實際需求在引腳處輸入。目前設(shè)定的梯度限值是5 ℃/s,如果實時采集到的溫度值在1 s時間范圍內(nèi)增加5 ℃，會閉鎖跳機出口并發(fā)梯度越限報警，梯度值恢復(fù)到限值范圍內(nèi)閉鎖解除?，F(xiàn)在同一部件的溫度測點觸發(fā)跳機采用N取2方式，故輸入引腳處測點個數(shù)設(shè)置為2。

溫度保護(hù)中增加通道閉鎖功能，在溫度量通道出現(xiàn)故障時閉鎖通道值并發(fā)報警信號。

溫度保護(hù)觸發(fā)跳機流程由原來部分部件的溫度越限觸發(fā)機械事故停機流程，部分部件（定子鐵心上齒板、定子鐵心下齒板、定子U相繞組、定子V相繞組、定子W相繞組）的溫度越限觸發(fā)電氣事故停機流程，統(tǒng)一出口為觸發(fā)機械事故停機流程。

優(yōu)化后作用于機組跳機的溫度保護(hù)測點見表1。

表1 泰蓄機組機械事故、電氣事故跳機條件表

優(yōu)化后的溫度保護(hù)功能塊如圖1。

圖1 推力軸瓦溫度保護(hù)功能塊圖

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4 結(jié)語

通過對機組溫度保護(hù)模塊的邏輯優(yōu)化，使得測溫元器件故障而觸發(fā)的誤跳機概率大為降低，提高了機組跳機動作的可靠性，保障了電廠的安全可靠運行，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有積極的意義。