水力發(fā)電機(jī)組緊急事故停機(jī)負(fù)荷處理方案分析

彭德民，王明軍，劉德龍，陳 沖

（1.北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司，北京100038；2.中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410004）

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)水電行業(yè)的迅猛發(fā)展，水力發(fā)電已成為國(guó)家能源組成中不可或缺的重要組成部分。水電站水力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行不僅關(guān)系到機(jī)組自身的設(shè)備安全，更關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定和電廠運(yùn)行維護(hù)人員的人身安全。機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中由于設(shè)備自身問(wèn)題、設(shè)備老化、設(shè)備非正常工況運(yùn)行或運(yùn)行人員誤操作均會(huì)導(dǎo)致機(jī)組故障、機(jī)組事故的發(fā)生。為防止發(fā)生重大的水電站事故，采取適當(dāng)?shù)陌踩夹g(shù)措施，保證水力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是水電廠設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中的重中之重。

在機(jī)組事故或機(jī)組故障情況下如何避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大，確保機(jī)組在較短的時(shí)間內(nèi)切除事故點(diǎn)并停運(yùn)至安全狀態(tài)是每一個(gè)水電設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)。在機(jī)組順序控制中，緊急停機(jī)回路作為其重要組成部分，是機(jī)組發(fā)生事故時(shí)安全可靠停機(jī)的重要保證，機(jī)組緊急停機(jī)回路是水電站監(jiān)控設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)[1]。國(guó)內(nèi)各水電站在機(jī)組緊急事故停機(jī)流程處理上大致相同，但在流程中的機(jī)組負(fù)荷處理方式卻不盡相同。有些電廠采用直接甩負(fù)荷的方式進(jìn)行處理，有些電站采用減負(fù)荷再解列的方式進(jìn)行處理，本文針對(duì)上述2種處理方式闡述了自身觀點(diǎn)，供其他人員參考。

2 機(jī)組緊急停機(jī)流程觸發(fā)條件、設(shè)計(jì)規(guī)范及國(guó)內(nèi)常規(guī)處理方法

水力機(jī)組緊急停機(jī)信號(hào)主要包括：機(jī)組二級(jí)電氣過(guò)速信號(hào)、機(jī)組機(jī)械過(guò)速信號(hào)、機(jī)組緊急停機(jī)按鈕動(dòng)作、調(diào)速器緊急停機(jī)按鈕動(dòng)作、水淹廠房緊急停機(jī)信號(hào)、快速門(mén)下滑至事故位置及機(jī)組一級(jí)電氣過(guò)速時(shí)調(diào)速器主配壓閥拒動(dòng)等信號(hào)。上述任一事故信號(hào)動(dòng)作均應(yīng)觸發(fā)機(jī)組緊急事故停機(jī)流程。

NBT35004-2013水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范對(duì)機(jī)組發(fā)生緊急事故停機(jī)時(shí)機(jī)組停機(jī)流程進(jìn)行了說(shuō)明。機(jī)組發(fā)生過(guò)速等事故時(shí)，緊急停機(jī)的過(guò)程為：轉(zhuǎn)速升至第一上限且調(diào)速器主配壓閥拒動(dòng)時(shí)啟動(dòng)過(guò)速限制器（如果未設(shè)過(guò)速限制器，則直接關(guān)閉快速事故閘門(mén)或進(jìn)水閥）。若轉(zhuǎn)速升至第二上限，則關(guān)閉快速事故閘門(mén)或進(jìn)水閥。在機(jī)組發(fā)出的功率減至接近零時(shí)，跳閘、滅磁、停機(jī)[2]。

國(guó)內(nèi)水電廠在機(jī)組緊急事故停機(jī)過(guò)程中負(fù)荷處理上主要有2種方式（圖1、圖2）。圖1所示機(jī)組在發(fā)生緊急事故停機(jī)后，機(jī)組同時(shí)下發(fā)跳發(fā)電機(jī)出口斷路器開(kāi)關(guān)、調(diào)速器緊急停機(jī)、調(diào)速器事故停機(jī)及關(guān)閉進(jìn)水口事故門(mén)命令。在上述執(zhí)行過(guò)程中，機(jī)組直接甩掉所帶負(fù)荷，同時(shí)切斷機(jī)組水源，在機(jī)組與電網(wǎng)斷開(kāi)且機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉后退出勵(lì)磁系統(tǒng)，投入機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)后退出油、氣、水系統(tǒng)；圖2所示機(jī)組在發(fā)生緊急事故停機(jī)后，機(jī)組首先下發(fā)調(diào)速器緊急停機(jī)、調(diào)速器事故停機(jī)及關(guān)閉進(jìn)水口事故門(mén)命令。機(jī)組所帶功率小于設(shè)定值或?qū)~關(guān)閉至空載位置以下時(shí)下發(fā)跳發(fā)電機(jī)出口斷路器開(kāi)關(guān)命令。在上述執(zhí)行過(guò)程中，首先切斷機(jī)組水源，待機(jī)組功率降到設(shè)定值時(shí)再與電網(wǎng)斷開(kāi)，后續(xù)過(guò)程與圖1一致。

圖1 緊急停機(jī)流程甩負(fù)荷運(yùn)行方式

圖2 緊急停機(jī)流程減負(fù)荷運(yùn)行方式

3 緊急事故停機(jī)過(guò)程中負(fù)荷處理方式分析

機(jī)組緊急事故停機(jī)觸發(fā)條件包括人工干預(yù)因素、水淹廠房、閘門(mén)事故及機(jī)組過(guò)速等。造成上述事故原因主要?jiǎng)澐譃闄C(jī)組電氣事故和機(jī)組機(jī)械事故。

當(dāng)機(jī)組發(fā)生電氣事故時(shí)，電氣事故會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)機(jī)組造成巨大傷害，為防止事故擴(kuò)大，需將機(jī)組與系統(tǒng)迅速解列，同時(shí)由于電氣事故多半會(huì)破壞逆變滅磁的投入條件，故需要跳發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)[1]。此時(shí)，機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)迅速動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)組與系統(tǒng)的電氣隔離。作為機(jī)組電氣事故的后備系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)電氣事故停機(jī)流程并迅速動(dòng)作跳開(kāi)機(jī)組出口斷路器開(kāi)關(guān)。機(jī)組甩負(fù)荷造成機(jī)組二級(jí)電氣過(guò)速情況出現(xiàn)時(shí)，機(jī)組緊急停機(jī)流程啟動(dòng)。上述情況下，機(jī)組緊急停機(jī)流程采用圖2所示的流程盡快切斷機(jī)組水源將機(jī)組停下即可。

當(dāng)機(jī)組發(fā)生機(jī)械事故時(shí)，調(diào)速器故障會(huì)導(dǎo)致機(jī)組短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速升高，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)限定值時(shí)觸發(fā)機(jī)組緊急停機(jī)流程。上述事故發(fā)生時(shí)，機(jī)組無(wú)電氣事故，從而不需要機(jī)組與系統(tǒng)立即實(shí)現(xiàn)電氣隔離，避免機(jī)組過(guò)速成為事故處理的主要矛盾?？焖偾袛鄼C(jī)組水源就成為機(jī)組緊急停機(jī)流程的關(guān)鍵操作，此時(shí)應(yīng)立即動(dòng)作調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥及事故停機(jī)電磁閥并關(guān)閉機(jī)組進(jìn)水口閘門(mén)。機(jī)組是否與電網(wǎng)解列并不影響機(jī)組水源供應(yīng)，因此當(dāng)機(jī)組負(fù)荷接近為零或?qū)~處于空載位置以下時(shí)再執(zhí)行跳發(fā)電機(jī)出口 斷路器操作，使機(jī)組與電網(wǎng)斷開(kāi)，并不會(huì)產(chǎn)生事故的擴(kuò)大。如果機(jī)組緊急停機(jī)過(guò)程中切斷水源與跳發(fā)電機(jī)出口斷路器同時(shí)進(jìn)行，機(jī)組快速甩負(fù)荷首先會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成大功率突變的沖擊，同時(shí)會(huì)造成機(jī)組本身的過(guò)速或加劇過(guò)速過(guò)程，上述操作不僅影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，更會(huì)給機(jī)組帶來(lái)大的損壞。綜上，采用圖2所示的操作流程相對(duì)于圖1所示的操作流程在安全性上更高。

4 結(jié)論

結(jié)合機(jī)組緊急事故停機(jī)條件，緊急停機(jī)流程執(zhí)行方案及其結(jié)果，本文認(rèn)為機(jī)組在緊急停機(jī)過(guò)程中應(yīng)按規(guī)范執(zhí)行，切斷機(jī)組水源后檢測(cè)機(jī)組負(fù)荷，待機(jī)組負(fù)荷小于設(shè)定值時(shí)再跳發(fā)電機(jī)出口斷路器。水力機(jī)組事故種類繁多，機(jī)械事故、電氣事故、緊急事故均會(huì)對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行帶來(lái)影響，流程設(shè)計(jì)工作者應(yīng)充分考慮每種事故觸發(fā)條件，綜合分析不同的控制流程對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成的影響，最終制定合理可行的控制流程方案，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。