某次機(jī)組發(fā)電啟動(dòng)失敗的原因分析

李廣亮，白云飛

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺(tái)317200）

1 引言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺(tái)縣，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，共安裝4臺(tái)立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組，單機(jī)容量300 MW，總裝機(jī)容量為1 200 MW，自2006年底全部投入商業(yè)運(yùn)行以來(lái)，在華東地區(qū)承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用任務(wù)。機(jī)組發(fā)電開(kāi)機(jī)時(shí)，先由停機(jī)到水輪機(jī)狀態(tài)，再執(zhí)行步序62-1（發(fā)電機(jī)電壓＞90%、勵(lì)磁運(yùn)行）、步序62-2（發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)合閘），執(zhí)行完后，機(jī)組到發(fā)電工況。根據(jù)機(jī)組跳閘邏輯，當(dāng)開(kāi)機(jī)過(guò)程中，出現(xiàn)步序前提條件不滿(mǎn)足時(shí)，機(jī)組自動(dòng)轉(zhuǎn)停機(jī)流程。本文主要分析步序62-2（主要用于同期合閘）前提條件不滿(mǎn)足，導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)停機(jī)的原因。

2 異?，F(xiàn)象及分析與處理

2.1 情況梳理

某次事故發(fā)生過(guò)程如下：

13：47：01成組控制2號(hào)機(jī)組發(fā)電命令 有效。

13：48：00 2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)速 ＞98% 是。

13：48：01 2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)速 ＞110% 是。

13：48：25 2號(hào)機(jī)勵(lì)磁 V/Hz限制動(dòng)作 動(dòng)作。

13：48：29 2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)速 ＞90% 否。

13：48：33 2號(hào)機(jī)電壓 ＞90% 否。

13：48：33 2號(hào)機(jī)流程報(bào)警。

13：48：33 2號(hào)機(jī)步序 62-2前提條件不滿(mǎn)足 是。

13：48：34 2號(hào)機(jī)停機(jī)轉(zhuǎn)換命令正在執(zhí)行 是。

13：54：05 2號(hào)機(jī)停機(jī)工況 是。

（1）由上述信號(hào)可知，此次2號(hào)機(jī)發(fā)電啟動(dòng)失敗，是由于步序62-2（用于同期合閘）前提條件不滿(mǎn)足導(dǎo)致自動(dòng)轉(zhuǎn)停機(jī)。首先查看步序62-2邏輯（圖1）可知，步序62-2的前提條件為：

1）步序62-1完成即GBX_STP_62_1_OK（該步序完成需滿(mǎn)足反饋機(jī)端電壓U＞90%&勵(lì)磁投入）；

2）機(jī)組在空載狀態(tài)（GBX_NLS_DEF）& 機(jī)組發(fā)電命令（GBX_GOO）& 步序62-1未完成（即 GBX_STP_62_1_OK取反）；

上述2個(gè)條件1）和2）同時(shí)丟失，會(huì)報(bào)“步序62-2前提條件不滿(mǎn)足”。

圖1 步序62-2順控流程圖

查看事件列表，發(fā)現(xiàn)“2號(hào)機(jī)電壓＞90%否”信號(hào)是導(dǎo)致步序62-2前提條件不滿(mǎn)足的原因。

（2）鑒于上位機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)盤(pán)柜均無(wú)勵(lì)磁報(bào)警信號(hào)，且機(jī)組停機(jī)過(guò)程中電制動(dòng)能夠正常投入，勵(lì)磁方面的故障可以基本排除。上位機(jī)有“2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)速＞110%”紅色報(bào)警信號(hào)且持續(xù)10 s后復(fù)歸，接著出現(xiàn)“2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)速＞90%否”，綜合事件列表分析判斷應(yīng)是轉(zhuǎn)速波動(dòng)導(dǎo)致電壓下降至90%以下。

導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動(dòng)的可能原因有：

1）調(diào)速器邏輯存在異常。

2）調(diào)速器控制回路故障。

3）導(dǎo)葉開(kāi)度位置反饋傳感器故障。

2.2 問(wèn)題排查

（1）運(yùn)維人員通過(guò)調(diào)速器監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)2號(hào)機(jī)調(diào)速器邏輯進(jìn)行在線檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)調(diào)速器邏輯異常情況。

（2）運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)檢查2號(hào)機(jī)GT現(xiàn)地控制盤(pán)（=02 U+GT01）內(nèi)端子接線正常無(wú)松動(dòng)，相關(guān)輸入輸出模塊工作正常，因此2號(hào)機(jī)調(diào)速器控制回路故障可排除。

（3）運(yùn)維人員趕赴2號(hào)機(jī)水車(chē)室，現(xiàn)場(chǎng)檢查2號(hào)機(jī)調(diào)速器導(dǎo)葉開(kāi)度位置反饋傳感器，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉開(kāi)度位置反饋傳感器1=02 U+MA20-CG0001連桿球接頭軸承的球頭與球頭座脫開(kāi)，現(xiàn)場(chǎng)人員將連桿球頭與球頭座連接好后，上位機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)電調(diào)盤(pán)上顯示導(dǎo)葉開(kāi)度恢復(fù)到正常值0。

正常情況下，發(fā)電開(kāi)機(jī)流程走到S6-4后，監(jiān)控給調(diào)速器發(fā)啟動(dòng)命令。調(diào)速器收到啟動(dòng)命令后，按一定的速度開(kāi)導(dǎo)葉到空載開(kāi)度，轉(zhuǎn)速也隨之上升，轉(zhuǎn)速到90%左右時(shí)，調(diào)速器進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模式，開(kāi)始根據(jù)轉(zhuǎn)速對(duì)導(dǎo)葉開(kāi)度進(jìn)行細(xì)調(diào)。

此次2號(hào)機(jī)開(kāi)停機(jī)過(guò)程中的導(dǎo)葉開(kāi)度及轉(zhuǎn)速曲線如圖2所示。

階段1：機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)調(diào)速器收到啟動(dòng)命令后，導(dǎo)葉開(kāi)度正常上升，開(kāi)度值從0變化至11.7%，尚未到達(dá)空載開(kāi)度，且此時(shí)轉(zhuǎn)速較低，未進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

階段2：因?qū)~開(kāi)度反饋傳感器連桿球接頭軸承的球頭和球頭座脫開(kāi)，導(dǎo)葉開(kāi)度一直顯示在11.7%，由于這個(gè)階段導(dǎo)葉開(kāi)度設(shè)定值是一直增大的，而調(diào)速器邏輯中收到的導(dǎo)葉實(shí)際值沒(méi)有變化，從而計(jì)算出的比例閥設(shè)定值使得主配一直往開(kāi)方向動(dòng)作。

因?yàn)橐簤夯芈窙](méi)有問(wèn)題，所以主配正常動(dòng)作，導(dǎo)葉實(shí)際開(kāi)度將會(huì)繼續(xù)增大。因?yàn)槭盏降膶?shí)際值沒(méi)有變化，導(dǎo)致調(diào)速器邏輯中判斷為導(dǎo)葉實(shí)際值與設(shè)定值差值也一直在增大，從而會(huì)讓主配往開(kāi)方向動(dòng)作更大，導(dǎo)葉開(kāi)的更快，轉(zhuǎn)速上升也加快。這樣就導(dǎo)致了本次開(kāi)機(jī)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速上升比正常情況下快了許多。

圖2 2號(hào)機(jī)開(kāi)停機(jī)過(guò)程中導(dǎo)葉開(kāi)度和轉(zhuǎn)速變化曲線

轉(zhuǎn)速到90%之后調(diào)速器進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模式，調(diào)速器根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)100%的差值以及變化趨勢(shì)，計(jì)算出的導(dǎo)葉開(kāi)度設(shè)定值比當(dāng)前值小，從而使得主配往關(guān)的方向動(dòng)作，實(shí)際導(dǎo)葉開(kāi)度也將減小。

但由于此前轉(zhuǎn)速上升過(guò)快，在慣性作用下，轉(zhuǎn)速最高還是到了110%以上。之后，關(guān)導(dǎo)葉的效果體現(xiàn)出來(lái)，轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降。和轉(zhuǎn)速上升同樣的道理，導(dǎo)葉實(shí)際開(kāi)度已經(jīng)減小了，而調(diào)速器邏輯中收到的開(kāi)度實(shí)際值仍未變化，就會(huì)進(jìn)一步加大主配往關(guān)方向的動(dòng)作值，導(dǎo)葉開(kāi)度繼續(xù)減小，而當(dāng)轉(zhuǎn)速下降趨勢(shì)較大或者已經(jīng)小于100%時(shí)，調(diào)速器又會(huì)計(jì)算出主配往開(kāi)方向動(dòng)作，但因?yàn)榇藭r(shí)導(dǎo)葉實(shí)際開(kāi)度已經(jīng)很小，轉(zhuǎn)速下降過(guò)快，機(jī)組轉(zhuǎn)速低于90%后，過(guò)了4 s左右時(shí)間間隔，機(jī)端電壓低至90%以下，導(dǎo)致步序62-2前提條件不滿(mǎn)足轉(zhuǎn)停機(jī)。

階段3：由于導(dǎo)葉開(kāi)度反饋傳感器連桿球接頭軸承的球頭已與球頭座脫開(kāi)，傳感器連桿已處于自由狀態(tài)，因機(jī)組振動(dòng)原因，導(dǎo)致連桿向前滑動(dòng)，導(dǎo)葉開(kāi)度實(shí)際值突變?yōu)?7.2%，并保持不變，直到機(jī)組停穩(wěn)后導(dǎo)葉開(kāi)度仍顯示為17.2%。

（4）關(guān)于調(diào)速器導(dǎo)葉位置反饋主備用關(guān)系切換的說(shuō)明：我廠調(diào)速器導(dǎo)葉位置反饋傳感器共有兩個(gè)，一主用一備用。查看調(diào)速器邏輯可知，正常時(shí)優(yōu)先使用導(dǎo)葉位置反饋傳感器1，當(dāng)導(dǎo)葉位置反饋傳感器1出現(xiàn)故障且傳感器2正常時(shí)，會(huì)切換至傳感器2主用，邏輯詳見(jiàn)圖3。

當(dāng)出現(xiàn)導(dǎo)葉位置信號(hào)采集模塊硬件故障（PT.SW.DI.F.PEOOTM1、PT.SW.DI.F_WG_POS）或?qū)~位置反饋信號(hào)超出正常設(shè)定值上下限時(shí)，調(diào)速器邏輯就會(huì)判斷該導(dǎo)葉位置反饋傳感器故障，判斷邏輯如圖4。

圖3 導(dǎo)葉位置反饋傳感器主備用關(guān)系切換邏輯

圖4 導(dǎo)葉位置反饋傳感器故障判斷邏輯

結(jié)合此次事件相關(guān)信號(hào)分析，雖導(dǎo)葉位置反饋傳感器連桿球接頭軸承球頭與球頭座脫開(kāi)，但傳感器本身并無(wú)故障且傳感器上送開(kāi)度值未超出正常設(shè)定值范圍，因此未出現(xiàn)導(dǎo)葉位置反饋傳感器故障，也就未發(fā)生導(dǎo)葉位置反饋傳感器主備用切換。

2.3 確定故障點(diǎn)

經(jīng)運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度位置反饋傳感器1連桿球接頭軸承由于長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作磨損，球頭座接口已明顯偏大，加上機(jī)組開(kāi)機(jī)過(guò)程中振動(dòng)較大，導(dǎo)致連桿球接頭軸承球頭從球頭座中脫落，造成導(dǎo)葉開(kāi)度變化異常，是此次機(jī)組開(kāi)機(jī)失敗的原因。

由上述分析可知，本次事件發(fā)生的大致過(guò)程為：2號(hào)機(jī)發(fā)電開(kāi)機(jī)過(guò)程中，當(dāng)執(zhí)行到步序62-2時(shí)，由于2號(hào)機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度反饋傳感器1連桿球接頭軸承球頭從球頭座中脫落，導(dǎo)葉開(kāi)度反饋值不會(huì)變化。從而導(dǎo)致調(diào)速器增減導(dǎo)葉開(kāi)度時(shí)存在超調(diào)現(xiàn)象，機(jī)組轉(zhuǎn)速快速下降，2號(hào)機(jī)勵(lì)磁V/Hz限制動(dòng)作，隨后機(jī)端電壓降至90%以下，導(dǎo)致步序62-2前提條件（步序62-1完成即GBX_STP_62_1_OK）不滿(mǎn)足，2號(hào)機(jī)發(fā)電開(kāi)機(jī)啟動(dòng)失敗。

3 結(jié)束語(yǔ)

抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)調(diào)節(jié)中扮演重要角色，因此提高機(jī)組發(fā)電成功率意義重大。針對(duì)以上分析，根據(jù)實(shí)際情況提出幾點(diǎn)建議：

（1）舉一反三，結(jié)合機(jī)組定檢對(duì)導(dǎo)葉開(kāi)度反饋傳感器健康狀態(tài)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)更換。

（2）建立機(jī)組元器件相關(guān)設(shè)備臺(tái)賬，對(duì)于使用頻繁且多年仍未更換的元器件，縮短維護(hù)周期，結(jié)合機(jī)組檢修有計(jì)劃性的進(jìn)行更換。

（3）與調(diào)速器廠家溝通，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)速器導(dǎo)葉位置反饋傳感器主備用切換邏輯。