某水電站機(jī)組進(jìn)水口快速門電源可靠性研究

錢坤 史玉超 曹歡

【摘 要】水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)水口快速工作門的控制電源很重要，為避免發(fā)生如俄羅斯薩揚(yáng)-舒申斯克水電站等因快速門無法快閉出現(xiàn)的重大事故，通過對快速門控制電源進(jìn)行優(yōu)化，提高了快速門控制電源的可靠性。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)組;快速門;電源;可靠性

中圖分類號： TV664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）07-0057-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.024

【Abstract】It is very important to control the power supply of the water turbine generator intake quick-acting gate. In order to avoid major accidents such as Sayan-Shushensk Hydropower Station in Russia，the reliability of the quick-acting gate control power supply is improved by optimizing the quick-acting gate control power supply.

【Key words】Water turbine generator set;Speed gate;Power supply;Reliability

0 引言

某壩后式水電站，電站進(jìn)水口采用單孔壩式小進(jìn)口。進(jìn)水口布置有2道閘門，一道為液壓操作的快速工作門，另一道為檢修閘門。進(jìn)水口檢修門僅用于快速工作門、壓力鋼管或機(jī)組檢修時擋水，由起重門機(jī)啟閉;快速工作門通過機(jī)房啟閉機(jī)構(gòu)啟閉，事故狀態(tài)下，閘門利用水柱重及自重快速關(guān)閉，切斷壓力鋼管水流。快速門控制電源的可靠性對電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。其快速關(guān)閉控制回路的可靠性尤為重要。

1 快速工作門快速閉門的重要性

水輪機(jī)組進(jìn)水口檢修門啟閉需通過起重門機(jī)進(jìn)行，耗時很長，在事故時只有通過快速工作門才能及時關(guān)斷水流，避免事故擴(kuò)大，造成水輪機(jī)飛逸、水淹廠房等重特大事故。快速工作門的快速關(guān)閉能力對水電站的安全十分重要，因此必須保障快速工作門快閉回路在各種風(fēng)險情況下能可靠動作?？焖俟ぷ鏖T的快閉運(yùn)用條件包括：

1）機(jī)組停機(jī)時，無法正常關(guān)閉導(dǎo)葉;

2）機(jī)組過速保護(hù)動作，關(guān)閉導(dǎo)葉失效時;

3）壓力鋼管出現(xiàn)破裂時;

4）壓力鋼管伸縮節(jié)破裂或密封損壞時;

5）機(jī)組蝸殼、錐管進(jìn)人門等處出現(xiàn)大量冒水時;

6）機(jī)組頂蓋等處大量冒水時;

7）快速門下滑至事故位，并仍有繼續(xù)快速下滑的趨勢;

8）其他機(jī)組流道損毀大量冒水故障。

2009年8月17日，俄羅斯薩揚(yáng)-舒申斯克水電站發(fā)生特別重大安全事故，損失慘重，其最重要原因就是機(jī)組進(jìn)水口快速閘門未能在最短時間內(nèi)關(guān)閉，截斷沖入電站廠房內(nèi)的水流。薩揚(yáng)-舒申斯克水電站的事故教訓(xùn)告訴我們，工作門快速閉門是電廠的最后一道安全屏障，其可靠動作十分重要，必須高度重視。

2 某水電站快速門電源的原狀及存在的問題

某電站快速門快閉控制回路原設(shè)計存在安全性不足、設(shè)計冗余不夠的問題：快速門的啟動信號和控制電源來自EL.82米高程的中控室和現(xiàn)地機(jī)組LCU控制單元，兩路電源均位于電站廠房區(qū)域，如果廠房發(fā)生水淹、火災(zāi)、地震等事故則可能導(dǎo)致快速閉門回路控制電源異常，甚至全部消失;以單電源模塊為快速門核心器件CPU供電，沒有冗余設(shè)計。下圖1為某水電站原設(shè)計快速門電源回路原理圖。

快閉命令發(fā)出后，繼電器KA15勵磁，常開節(jié)點(diǎn)閉合，繼電器KA41勵磁，常開節(jié)點(diǎn)閉合后動作快閉電磁閥YV2（快速閉門電磁閥）。此流程要求KA15的操作電源—機(jī)組直流、KA41的操作電源—快速門盤柜的交流電源或機(jī)組直流能可靠供電。當(dāng)CPU電源模塊PS1出現(xiàn)故障，CPU將停止工作，無法將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)則無法對閘門進(jìn)行監(jiān)控。

為保障電站安全運(yùn)行，提高快速門電源的可靠性，某水電站展開了快速門電源供電可靠性的研究，主要包括增加快速門快閉回路電源和增加CPU冗余供電兩個方面。

3 提高快速門電源可靠性的措施

3.1 增加新的直流系統(tǒng)

在水電站壩頂區(qū)域增設(shè)一套直流220V電源系統(tǒng)，向快速門提供直流操作電源?，F(xiàn)新增直流電源系統(tǒng)布置在壩頂區(qū)域，避免出現(xiàn)廠房區(qū)域電源設(shè)施被水淹電源消失的情況，確保了電氣控制的可靠性。

3.2 增加新的快速閉門回路

在每個快速門至中控室新增設(shè)一路硬接線方式的快速閉門回路，回路的操作電源由新設(shè)的直流220VDC提供，快速閉門操作按鈕安裝在中控室返回屏。增加一路遠(yuǎn)方中控室快閉信號，保證事故情況下，快閉命令的動作，提高了快閉的操作可靠性。

3.3 CPU增設(shè)冗余電源

每個快速門電控系統(tǒng)CPU由單一電源模塊增設(shè)成雙電源模塊（冗余方式），兩電源模塊分別輸入220VAC及220VDC。220VDC由新增的直流系統(tǒng)和機(jī)組直流切換后提供。CPU的供電可靠性顯著提高。

3.4 新增快閉控制回路從動控制繼電器KA44

為防止快閉控制回路重要控制繼電器KA41拒動，特增加從動控制繼電器KA44，提高快速閉門控制回路的可靠性。

3.5 24VDC控制電源的冗余

將開關(guān)電源G1、G2輸出的24V電源通過ABB SS832電源模塊冗余后再輸出24V電源，起到兩路開關(guān)電源隔離的作用，防止1路24V輸出短路而影響另外1路24V的正常工作。

改造后的快速門電源回路如圖2所示。

4 快速門電源改造后的效果評估

某水電站機(jī)組快速門改造實現(xiàn)四“冗余”，即將新增的直流電源同機(jī)組直流電源進(jìn)行冗余，將新增的遠(yuǎn)方快閉回路同現(xiàn)有的遠(yuǎn)方快閉回路進(jìn)行冗余，對CPU供電模塊進(jìn)行冗余，24VDC控制電源的冗余。在機(jī)組直流電源消失，廠用電消失，或二者同時消失時，由于有新增直流電源的支持，快速門24VDC控制電源和遠(yuǎn)方快速閉門回路220VDC控制電源均有了保障，遠(yuǎn)方中控室仍然能實現(xiàn)對快速門的監(jiān)視和控制，確?？焖匍]門的可靠操作。通過改造，有效提高了快速門電源的可靠性，即使出現(xiàn)極端情況，快速門仍處于可控、在控狀態(tài)，有力保障了電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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