萬安電廠水輪機組分段關閉控制程序優(yōu)化與應用

吳 元

（國電萬安水力發(fā)電廠，江西 吉安343800）

0 引言

現(xiàn)在萬安電廠1～4號軸流轉槳式水輪發(fā)電機的分段關閉裝置由液控節(jié)流控制閥、分段電磁閥（或分段電磁配壓閥）和分段關閉閥組成。當水輪發(fā)電機運行中發(fā)生事故需要緊急停機或甩負荷時，導葉緊急關閉至一定的開度，即關閉至分段關閉動作設定的拐點位置，由下位機現(xiàn)地LCU判斷分段關閉動作的PLC控制程序開出一個分段關閉電磁閥投入動作信號，電磁閥投入動作后控制油進入液控節(jié)流控制閥，對回油進行節(jié)流調節(jié)來實現(xiàn)分段關閉。

分段關閉控制程序設計合理，判據(jù)可靠，能確保事故出現(xiàn)需緊急停機或甩負荷導葉緊急關閉至拐點位置時正確開出動作信號；但在機組正常運行停機過程中，導葉處于拐點位置時，為避免機組正常停機時間過長，分段關閉控制程序一般不開出動作信號。

1 分段關閉程序使用的現(xiàn)狀

（1）該廠1～4號機水輪機組均為105 MW軸流轉槳式水輪發(fā)電機，分段關閉動作由電磁閥勵磁、導葉拐點到來接通導葉關閉反向油壓，使分段關閉投入；而電磁閥的投入與復歸主要由機組下位機PLC控制程序開出，且為雙線圈控制，即投入線圈和復歸線圈；其中投入動作條件有下面兩種情況：

1）事故低油壓≤2.75 MPa且壓板在投入，或者保護總出口信號過來了，或者瓦溫保護動作，三者滿足任一條件時啟動電氣事故停機自啟動流程，開出分段關閉電磁閥投入動作，程序如下：

831：FOR I：=2 TO MAX_CTRL_OBJECT_NO-1 DO

SEQ_INFO[I]：=SEQ_INFO_ZERO；

END_FOR；

SEQ_INFO[1].CSTEP：=835；

835：OUT[44]：=2000；（*投分段關閉電磁閥DPP*）

OUT[39]：=-1；（* 投緊急事故電磁閥 *）

OUT[86]：=-1； （*投緊急事故電磁閥（冗余點）*）

OUT[47]：=5000；（* 調速器停機令 *）

SEQ_INFO[1].CSTEP：=836；

另外，當機組滿足自啟動條件走機械事故停機或緊急事故停機流程時，最后都是自動調用電氣事故停機流程，也同樣會開出分段關閉電磁閥投入動作。

2）機組走上位機甩負荷流程時，上位機發(fā)甩負荷令后，程序判斷出口斷路器位置條件，滿足條件開出分斷路器信號，同時開出分段關閉電磁閥投入信號，程序如下：

從以上程序可以看出，只有在收到上位機甩負荷令和出口斷路器在合位置等信號判據(jù)時才會開出分段關閉電磁閥投入動作。

（2）該廠水輪機組分段關閉電磁閥的復歸，則只在空轉至停機流程中才會自動復歸。在機組不停機情況下若因為工作需要對分段關閉電磁閥進行復歸時，則需要人為用頂針對復歸電磁閥線圈進行操作，所以在多次甩負荷試驗過程中，總是需要運行人員多次前往現(xiàn)場復歸分段關閉電磁閥，工作流程上極為不便。

2 分段關閉控制程序的問題分析

導葉緊急關閉發(fā)生的原因：①機組在并網(wǎng)運行時，當發(fā)生電氣、機械事故時跳開出口開關或主變高壓側開關，電調的并網(wǎng)判據(jù)不滿足或有停機令，導葉關閉至空載或全關；②機組并網(wǎng)運行時，無事故或緊急情況需要投入緊急停機電磁閥，或緊急停機電磁閥誤投入造成緊急停機的情況。在緊急停機關閉導葉時，分段關閉裝置控制程序需要正確開出投入動作，使分段關閉裝置投入，改變水輪機導葉的關閉速度，使機組轉速上升值和引水系統(tǒng)的壓力上升值控制在允許范圍內(nèi)，以避免發(fā)生抬機和因為過勵燒壞勵磁設備等情況發(fā)生。

針對以上兩種導葉緊急關閉的情況，結合萬安電廠實際情況，在執(zhí)行過程中將有可能出現(xiàn)如下幾種問題：

（1）直接跳開關甩負荷（或遠端甩負荷），不投分段關閉。

由于PLC程序中只針對上位機甩負荷流程和走事故停機流程時才自動投入分段關閉電磁閥，當直接跳開關甩負荷或遠端甩負荷時則沒有投分段關閉的自啟動流程；尤其是在機組正常運行期間，遇緊急情況需要跳開關實現(xiàn)機組快速解列時，導葉將快速關閉至空載。當?shù)綄~快速關閉至拐點位置后，由于此時程序中無分段關閉電磁閥開出動作，導致分段關閉裝置不投入，將很有可能造成機組過速，嚴重時可能造成抬機。

（2）導葉鋼絲繩斷裂，分段關閉過早投入造成機組過速。

如圖1所示，在緊急停機時，分段關閉裝置控制拐點依靠重錘拉動凸輪上的反向鋼絲繩，鋼絲繩帶動凸輪旋轉。當導葉鋼絲繩由于長期拉拽磨損出現(xiàn)斷裂時，分段關閉控制閥此時因為缺少導葉鋼絲繩的牽制直接被重錘提前拉拽至拐點位置，此時在現(xiàn)有事故流程和上位機甩負荷流程中，事故一過來（或上位機甩負荷操作檢測到開關位置在合）立即開出分段關閉電磁閥，此時由于拐點位置提前到來，反作用于接力器關腔油路導通使分段關閉過早投入。在機組轉速實際并未降下來的情況下，這時由于分段關閉的過早投入將會減緩導葉關閉速度，造成機組過速，這種情況下將導致功率柜一直強勵甚至燒壞勵磁設備。

圖1 分段關閉液壓系統(tǒng)圖

（3）不停機情況下因分段關閉未自動復歸，造成機組負荷增減緩慢。

該廠水輪機組分段關閉電磁閥現(xiàn)有流程中，只有在執(zhí)行停機流程過程中才會自動復歸，缺少不停機情況下自動復歸流程。當機組未停機情況下執(zhí)行空載至發(fā)電流程時，再次增減負荷，導葉接力器由于受分段關閉閥反向關腔油壓作用無法實現(xiàn)快速打開與關閉，造成負荷增減緩慢，嚴重影響機組的調節(jié)速率。

3 分段關閉控制程序的優(yōu)化

由以上分段關閉控制程序分析可以看出，當前的程序已經(jīng)不符合機組運行實際條件，需對分段關閉投入與復歸程序進行優(yōu)化，以滿足所有可能情況下緊急停機時分段關閉準確投入與復歸的要求。

（1）分段關閉動作條件修改

考慮到現(xiàn)有流程中投分段關閉電磁閥開出與實際需要開出的情況嚴重不匹配，所以修改甩負荷流程和電氣事故停機流程，取消兩個流程中“投分段關閉電磁閥”的開出和判“分段關閉投入？”的判句。

在機組下位機PLC程序中增加分段關閉投入自啟動流程，自啟動條件設定為：“頻率＞50.7 Hz”、“導葉開度≤25%”和“機組在非檢修態(tài)”。當以上條件相繼均滿足時，流程開出“投分段關閉電磁閥”，其中“頻率＞50.7 Hz”取自本機組轉速裝置開出點，“導葉開度≤25%”信號取自水車室上游側主令控制器，PT殘壓和齒盤測速信號選擇邏輯與的關系。主要流程步驟如圖2。

圖2 分段關閉自啟動判斷

流程分析：當機組運行過程中突然出現(xiàn)跳出口開關甩負荷或者遠端甩負荷情況，或者機組事故緊急停機情況時，機組頻率將快速上升，調速器一次調頻動作限制機組頻率的上升，這時需要通過減小導葉開度來限制機組頻率的上升，調速器不停檢測機組頻率是否超過正常頻率值，如果大了則繼續(xù)關導葉，至空載開度位置。

當導葉開度關至≤25%，且此時機組為非檢修態(tài)情況下，開出“分段關閉電磁閥”投入信號，分段關閉裝置投入。通過以上條件判斷直接投分段關閉，

圖3 分段關閉自動復歸判斷

流程分析：增加以上分段關閉自啟動復歸流程后，機組在正常運行情況下，只要“導葉開度＞30%”、“分段關閉在投入位置”和“機組在非檢修態(tài)”條件滿足，流程自動開出“分段關閉電磁閥”復歸信號，使得機組不會因為分段關閉在投入而影響到調節(jié)速率。加上原先停機流程中保留的復歸分段關閉流程，將在所有情況下均可以實現(xiàn)機組分段關閉的自動復歸，確保了機組運行的穩(wěn)定性。

（3）分段關閉投入及復歸流程修改優(yōu)勢分析

增加修改以上自啟動流程后，可以有效防止機組因跳開關后快速關閉導葉過程中不投分段關閉，和因導葉鋼絲繩斷裂后機組過早投入分段關閉等情況的發(fā)生，通過多個條件判定可以很準確地實現(xiàn)分段關閉裝置的投入與復歸，提高了機組運行的安全確保了分段關閉投入的準確性，避免了不走上位機甩負荷流程和事故停機流程就不投分段關閉的情況出現(xiàn)。

（2）分段關閉復歸條件的修改

考慮到該廠分段關閉電磁閥只有在走停機流程時才會復歸，缺少不停機也可以自動復歸的流程，所以決定在機組下位機PLC程序中增加分段關閉自動復歸流程。流程判“導葉開度＞30%”、“分段關閉在投入位置”和“機組在非檢修態(tài)”，當以上條件相繼均滿足時，流程自啟動開出“分段關閉電磁閥”復歸信號。主要流程步驟見圖3。性和穩(wěn)定性能。

4 結束語

部分水電廠在分段關閉控制程序中，只將分段關閉投入點（拐點）作為判據(jù)，在做試驗過程中雖然可以滿足調保計算的要求，但沒有結合實際運行情況，未考慮到分段關閉有可能不投入、或者拒投入和不自動復歸的情況。通過完善和優(yōu)化投入及復歸流程，能確保分段關閉控制程序正確開出動作，既滿足調保計算要求，也符合運行工況，提高了機組的運行性能，為企業(yè)帶來的安全效益。