黑麋峰抽水蓄能電站機組振擺保護邏輯優(yōu)化

陳福球，湯 巍，陳玉嬌

（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙410213）

1 設(shè)備現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)簡介

黑麋峰公司機組振擺在線監(jiān)測系統(tǒng)由上位機與下位機兩部分組成，制造廠家均為南京南瑞集團。每臺機組安裝1套下位機即現(xiàn)地振擺監(jiān)測裝置，下位機系統(tǒng)主要包括：現(xiàn)地預(yù)處理機SJ90B、傳感器、交直流逆變電源系統(tǒng)、觸摸顯示屏，主要功能為實時處理、顯示傳感器過來的振擺數(shù)據(jù)，經(jīng)分析處理后送往上位機，并通過邏輯判斷，出口振擺報警、跳機信號等。振擺監(jiān)測系統(tǒng)上位機共安裝1套，型號為SSJ-9000，主要包括：WEB服務(wù)器（及軟件）、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（及軟件）、狀態(tài)監(jiān)測分析軟件、報告編制系統(tǒng)、交直流逆變電源系統(tǒng)、觸摸顯示屏、交換機、安全防護裝置，主要功能為數(shù)據(jù)存儲與分析、報表統(tǒng)計、圖譜分析、事故追憶等。

1.2 現(xiàn)地振擺監(jiān)測裝置測點

黑麋峰公司機組振擺在線監(jiān)測系統(tǒng)每臺機組配置21個測點，分別為振動10個，擺度6個，鍵相1個，大軸位移3個，壓力脈動1個。機組傳感器測點見表1。

現(xiàn)地振擺監(jiān)測裝置測點除現(xiàn)地傳感器過來的模擬量外，還有從監(jiān)控系統(tǒng)輸入的通信量，如表2所示。

1.3 機組振擺數(shù)據(jù)統(tǒng)計及主要問題

1.3.1 機組振擺數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2015年6、7 、8月份機組振擺數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表3、表4、表5所示。

表1 機組傳感器測點清單表

表2 監(jiān)控送至機組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置點表

表3 2015年6月份機組振擺數(shù)據(jù) 單位：μm

1.3.2 國標(biāo)中關(guān)于振動、擺度數(shù)據(jù)的評價標(biāo)準

GB/T 11348.5-2008旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機組，該標(biāo)準將水輪發(fā)電機組在穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)軸相對振動劃分成兩個主要范圍：

1）大區(qū)A-B：振動值在此大區(qū)內(nèi)的機組可以長期運行；

2）大區(qū)C-D：振動值在此大區(qū)內(nèi)的機組具有較高的振幅，必須考慮機組具體的設(shè)計和運行條件，判斷振動值是否允許長期連續(xù)運行。

按照標(biāo)準要求報警值推薦設(shè)置大區(qū)A-B上限的1.25倍。一般報警后，機組還可以繼續(xù)運行一段時間，以便查明振動改變的原因并確定補救措施。黑麋峰公司機組轉(zhuǎn)速為300r/min，按照該標(biāo)準黑麋峰水輪發(fā)電機組在穩(wěn)態(tài)運行時的軸系擺度大區(qū)A-B的上限為242μm。

表4 2015年7月份機組振擺數(shù)據(jù) 單位：μm

因此，根據(jù)國家標(biāo)準，黑麋峰機組擺度運行值不得大于大區(qū)A-B上限的1.25倍即302μm。

（2）機組振動評價標(biāo)準

花樣游泳所展現(xiàn)的技巧和美感，大致上和花樣滑冰、自由體操及芭蕾舞相同。但是花樣游泳的多數(shù)動作，是在水中腳上頭下進行的，有時一個動作需屏氣達五十秒之久，就力度和動作控制來說，難度遠比花樣滑冰等還大一些。

1）頂蓋振動

GB/T 15468-2006水輪機基本技術(shù)條件規(guī)定，額定轉(zhuǎn)速在250～375r/min，其頂蓋水平振動小于50μm；頂蓋垂直振動小于60μm。

表5 2015年8月份機組振擺數(shù)據(jù) 單位：μm

根據(jù)國家標(biāo)準，黑麋峰公司機組頂蓋運行報警值：水平振動50μm；垂直振動60μm。

2）機架、定子鐵心振動

GB/T 8564-2003水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范規(guī)定機組穩(wěn)定運行范圍內(nèi)，額定轉(zhuǎn)速在250～375r/min，帶推力軸承支架的垂直振動小于50μm；帶導(dǎo)軸承支架的水平振動小于70μm；定子鐵心部位機座水平振動小于20μm；定子鐵心振動（100Hz的允許雙振幅值）不大于30μm。

根據(jù)國家標(biāo)準，黑麋峰公司機組機架運行報警值：垂直振動50μm，水平振動70μm；定子基座運行報警值：水平振動20μm；定子鐵心運行報警值：100Hz的允許雙幅振動值不大于30μm。

根據(jù)國家標(biāo)準，綜合分析得出黑麋峰公司機組穩(wěn)定性限值如表6所示。

表6 黑麋峰公司機組運行參數(shù)限值

1.3.3 振擺數(shù)據(jù)存在問題分析

（1）大軸擺度數(shù)據(jù)分析

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，黑麋峰公司機組大軸擺度基本符合機組運行限制要求，變化趨勢穩(wěn)定，未見明顯異常。

（2）機組振動數(shù)據(jù)分析

1）4臺機組頂蓋振動普遍超過國家標(biāo)準限值50μm，且幅值超出標(biāo)準好幾倍，機組穩(wěn)態(tài)運行時，4臺機組頂蓋振動值在100～300μm間浮動，偶爾跳動至350μm左右。其他部位振動數(shù)值基本符合國標(biāo)要求。

2）振動探頭采用的是國產(chǎn)精信品牌，產(chǎn)品質(zhì)量一般，穩(wěn)定性不高，3號機組2015年檢修時，對振動探頭進行送檢時發(fā)現(xiàn)有5個探頭故障，由于振動探頭可靠性低的原因，故統(tǒng)計的振動數(shù)據(jù)可能與實際存在一定偏差。

1.3.4 當(dāng)前振擺告警、保護動作邏輯

每臺機組現(xiàn)地振擺監(jiān)測裝置設(shè)置一級報警與二級報警，均為開關(guān)量送往監(jiān)控系統(tǒng)，一級報警作用于告警，二級報警通過裝置內(nèi)部邏輯判斷后出口機組跳機信號，作用于停機。目前機組振擺保護尚未投入，故一級與二級報警值設(shè)置均較寬松，一級報警值為300μm，二級報警值為1000μm。

一級報警邏輯為單點延時告警，即任意一個振擺監(jiān)測點數(shù)值超過300μm后，延時60s發(fā)告警信號，二級報警通過內(nèi)部邏輯組態(tài)，然后延時輸出跳機信號，且目前一級、二級報警只在停機、發(fā)電、抽水、發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相這5個穩(wěn)態(tài)激活，其他過渡工況不觸發(fā)報警。二級報警邏輯組態(tài)流程見圖1～3。

圖2為抽水工況報警流程，其他4個穩(wěn)態(tài)與抽水工況流程一樣，即判斷19個振擺監(jiān)測點。

如圖3所示，當(dāng)前二級報警跳機出口邏輯為所有19個振擺監(jiān)測點數(shù)值均超過二級報警值，然后延時60s，驅(qū)動跳機繼電器K31、K32動作，將跳機信號送往監(jiān)控系統(tǒng)。

圖2 抽水工況報警流程

2 優(yōu)化方案

（1）結(jié)合黑麋峰機組實際情況與振擺國標(biāo)參考值，建議黑麋峰機組振擺一級、二級報警值暫如表7所示。

（2）對一級報警與二級報警邏輯優(yōu)化如下

1）一級報警在過渡工況下（即機組不在發(fā)電、抽水、發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相這4個穩(wěn)態(tài)時）觸發(fā)，延時60s出口報警，在穩(wěn)態(tài)時觸發(fā)，延時5s出口報警。

2）二級報警只在穩(wěn)態(tài)下觸發(fā)，通過邏輯組合后出口跳機程序，無報警，在過渡工況不激活跳機流程，同時，定子基座不設(shè)置二級報警值。在4個穩(wěn)態(tài)時，跳機邏輯組態(tài)如下：

①如果上導(dǎo)擺度與上機架振動數(shù)值均觸發(fā)二級報警，則延時60s后出口跳機信號。

②如果下導(dǎo)擺度與下機架振動數(shù)值均觸發(fā)二級報警，則延時60s后出口跳機信號。

③如果水導(dǎo)擺度與頂蓋振動數(shù)值均觸發(fā)二級報警，則延時60s后出口跳機信號。

④如果大軸位移3個監(jiān)測點數(shù)值均觸發(fā)二級報警，則延時60s后出口跳機信號。

圖3 二級報警跳機出口邏輯

表7 報警值建議表

3 預(yù)期達到的效果

通過梳理黑麋峰機組振擺監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)前運行情況及保護邏輯，提出符合黑麋峰機組實際的振擺邏輯優(yōu)化方案，并根據(jù)最終優(yōu)化方案投入黑麋峰機組振擺保護，提升機組的安全穩(wěn)定運行監(jiān)測水平。