龍口20MW機組事故停機的原因分析與解決方案

趙喜波

(黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 太原 030000)

龍口水電站容量為20MW的機組非調(diào)峰期間向河道泄放基流，參與系統(tǒng)基荷運行，其額定轉(zhuǎn)速為136.4 r/min，機組轉(zhuǎn)速測控裝置實時反映水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速運行工況，將機組各轉(zhuǎn)速點輸出信號上送至監(jiān)控系統(tǒng)下位機，為機組自動開機、停機、緊急事故停機流程、機械事故停機流程、水機保護提供重要判斷依據(jù)，可靠性要求相對較高。

1 事故經(jīng)過

2017年10月26日11時43分38秒，龍口水電站20MW機組轉(zhuǎn)速大于115%ne(J6接點)動作，機組調(diào)速器主配拒動，機組啟動緊急事故停機流程甩負荷后停機，甩負荷前有功功率20MW,無功功率1Mvar。當事件發(fā)生后，當值值長根據(jù)報警信息，迅速令運行值班人員檢查發(fā)電機層機組保護裝置、現(xiàn)地控制單元、測速裝置有無異常，并監(jiān)視機組轉(zhuǎn)速變化情況，防止風閘提前投入?，F(xiàn)場檢查機組事故停機流程執(zhí)行完畢，保護裝置、測速裝置、現(xiàn)地控制單元未發(fā)現(xiàn)異常；現(xiàn)場檢查機組滅磁開關(guān)跳閘、出口開關(guān)跳閘；調(diào)速器系統(tǒng)、水車室無異常。

2 事故原因分析

檢修人員接到通知到達現(xiàn)場后，立即對測速裝置及緊急事故停機動作情況進行了檢查，緊急事故停機前，機組帶有功P=19.9046MW，無功Q=0.250MVar；機組在停機狀態(tài)，出口開關(guān)、機組滅磁開關(guān)均為跳閘狀態(tài)；發(fā)變組保護裝置無保護動作電氣事故信號；轉(zhuǎn)速測控裝置轉(zhuǎn)速為0.00ne，檢查過程中突然黑屏無顯示；現(xiàn)地控制單元2號柜內(nèi)水機回路停機繼電器點亮；調(diào)取監(jiān)控系統(tǒng)歷史曲線，事故前機組出口電流、電壓、頻率無異常波動。監(jiān)控系統(tǒng)一覽表及歷史曲線如圖1、圖2所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)事故一覽表信息

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)歷史曲線

根據(jù)現(xiàn)場情況，逐步分析原因如下：

檢查一：機組緊急事故停機流程是由轉(zhuǎn)速115%ne接點上送至監(jiān)控，引起的監(jiān)控下位機流程啟動。

檢查二：進行縱向?qū)Ρ?，對不同位置的轉(zhuǎn)速和測頻信號進行對比，確認轉(zhuǎn)速115%ne信號動作來源。查詢監(jiān)控系統(tǒng)一覽表及歷史曲線，轉(zhuǎn)速裝置上送監(jiān)控的模擬量測頻信號的曲線呈上升趨勢，而機組出口電壓、機組測頻均無變化。

檢查三：在事故停機流程執(zhí)行中，因監(jiān)控執(zhí)行過程中，缺失低轉(zhuǎn)速檢測信號，導致機組無法正常停機，追查轉(zhuǎn)速信號來源為測速裝置，確認轉(zhuǎn)速裝置接點輸出異常。

現(xiàn)場檢查分析判斷并剖析事故原因發(fā)現(xiàn)，故障點均指向轉(zhuǎn)速測控裝置故障，因其轉(zhuǎn)速115%ne接點誤動，導致機組監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行緊急事故停機流程后停機，此為事故停機的直接原因。

3 事故損失

事故造成一套機組轉(zhuǎn)速測速裝置損壞，機組執(zhí)行停機流程正常，機組主要部件未受到損傷，總計材料費用約1.3萬元。

4 暴露的問題及防范措施

4.1 加快技術(shù)改造

發(fā)電機轉(zhuǎn)速是一個非常重要的指標，轉(zhuǎn)速測控裝置是機組控制和水機過速保護的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保障著機組的安全運行，為防止該事件重復發(fā)生，本著“預防為主”的原則，應對龍口水電站20MW機組轉(zhuǎn)速測控裝置進行換型改造。

4.2 加強備品備件管理

本次事件發(fā)生后，因現(xiàn)場發(fā)生故障裝置有備品備件，故緊急搶修過程比較順利，在很短的時間完成了相關(guān)試驗并恢復了備用，故備品備件管理在設(shè)備應急管理中起著重要的作用。為加強備品備件管理，應采取的防范措施如下：對重要設(shè)備的備品備件及時梳理，及時補充備件計劃，對有缺失或過期的備件及時補充。

4.3 抓好日常巡檢維護

加強主設(shè)備巡檢力度，加大消缺力度，避免主設(shè)備缺陷發(fā)展為隱患，日常巡檢工作中，要及時觀察機組關(guān)于轉(zhuǎn)速的監(jiān)測量，進行有效的對比，確認設(shè)備可靠運行，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速模擬量的異?；蜣D(zhuǎn)速接點的誤動現(xiàn)象，及時作出處理，防止事故擴大。

5 解決方案

為防止該事件重復發(fā)生，結(jié)合現(xiàn)場其他機組轉(zhuǎn)速裝置的使用情況，將事故機組使用的轉(zhuǎn)速測控裝置進行換型改造，新轉(zhuǎn)速測控裝置的測量輸入源在原有一路齒盤一路PT兩路基礎(chǔ)上，新增一路齒盤輸入，即一路PT信號和兩路齒盤輸入；換型后裝置為雙電源供電，即一路交流和一路直流；為防止裝置故障引起開停機時流程的執(zhí)行問題，將程序進行優(yōu)化處理，將故障的風險進一步降低。

5.1 測控元件優(yōu)化

20MW機組轉(zhuǎn)速測控裝置設(shè)備陳舊，故障發(fā)生率較高，測頻精度不高，將轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)進行優(yōu)化升級改造為SPCT系列裝置，采用兩路齒盤測量傳感器和一路PT作為信號源。

5.1.1 電源回路優(yōu)化

原轉(zhuǎn)速測控裝置僅一路交流電源供電，且與柜內(nèi)其他裝置電源共用，現(xiàn)將該裝置的電源于該盤柜內(nèi)其他設(shè)備的電源分離，即一路交流電源和一路直流電源分別獨立供電。

5.1.2 輸入信號源冗余及二次接線優(yōu)化

5.1.3 報警信息完善

換型后的轉(zhuǎn)速測控裝置具有傳感器斷線閉鎖、傳感器故障功能，可將傳感器回路存在的異常工況實時上送至監(jiān)控系統(tǒng)，且測控裝置上電、掉電接點不誤動。

5.2 流程優(yōu)化處理

5.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)上下位機測點定義描述優(yōu)化

按原設(shè)計定值，相應的監(jiān)控系統(tǒng)上位機數(shù)據(jù)庫及下位機觸摸屏的對應測點定義描述均修改，并保持一致。在不改變原來轉(zhuǎn)速接點含義的基礎(chǔ)上，簡化報警輸出，方便運行人員監(jiān)盤查看。

5.2.2 監(jiān)控流程的防誤閉鎖

在監(jiān)控流程中，轉(zhuǎn)速信號直接影響機組開機、停機流程，為防止因裝置故障而影響機組監(jiān)控系統(tǒng)正常的流程下發(fā)，在流程中增加防誤閉鎖，防止轉(zhuǎn)速裝置接點誤動作引起機組風閘過早加閘或水車室鎖錠過早投入等意外情況，擴大損傷發(fā)電機組制動系統(tǒng)，使機組事故擴大。

因此執(zhí)行防誤閉鎖程序，在流程中增加合適的時間。通過程序的處理，降低了事故擴大的可能。監(jiān)控下位機程序的優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 監(jiān)控下位機程序優(yōu)化

5.3 改進措施后效果

實施效果一：新增一路齒盤測速探頭，將原來的單根角鋼更換為槽鋼(見圖4)，固定探頭的支架更加緊固，測量的源頭更可靠。

更有一個企業(yè)借助電商模式積極地擁抱終端市場，他們組建自己的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺，甚至“割肉”舍棄部分原有渠道，下沉終端，與有實力的種植平臺對接、合作，將產(chǎn)品、技術(shù)、服務(wù)有效結(jié)合形成合力。這種合作模式，在我國當下的農(nóng)村市場中極具生命力和活力。正如全國農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心首席專家高祥照所言：“服務(wù)是農(nóng)資行業(yè)永恒的主題，只不過隨著農(nóng)業(yè)新形勢的發(fā)展，服務(wù)的內(nèi)容和方式在發(fā)生變化。重新構(gòu)架服務(wù)模式需要整個行業(yè)付諸實踐和努力。”

圖4 工作人員檢查傳感器固定架構(gòu)及間隙測量

實施效果二：電源回路由原來的交流供電，更改為兩路直流電源供電，可靠性明顯提高，且輸出回路化繁為簡?？刂苹芈返膬?yōu)化(見圖5)，消除了潛在的寄生回路隱患，方便檢修人員維護。

圖5 獨立電源開關(guān)及控制回路優(yōu)化前后對比

實施效果三：監(jiān)控執(zhí)行流程更加嚴謹，模擬量輸出更加穩(wěn)定(見圖6)，簡報信息更簡潔，方便運行人員巡檢和監(jiān)盤。

圖6 轉(zhuǎn)速測控回路優(yōu)化前后監(jiān)控上位機轉(zhuǎn)速曲線對比

實施效果四：監(jiān)控執(zhí)行流程中增加轉(zhuǎn)速防誤閉鎖，確保機組在執(zhí)行事故動作流程的過程中，仍能保持機組機械設(shè)備的正常動作，而不會出現(xiàn)事故擴大等情況。

5.4 投運試驗

設(shè)備更新完畢，需要進行模擬水輪發(fā)電機組開機、停機、事故停機等流程試驗，靜態(tài)驗證設(shè)備的可靠性，在機組靜態(tài)檢修工作全部結(jié)束以后，進行水輪發(fā)電機組的真機動態(tài)試驗，在保障安全的情況下，手動開機組導葉，使機組輕微地轉(zhuǎn)動即可，驗證探頭的安裝間距是否滿足要求，固定部件與轉(zhuǎn)動部件有無接觸摩擦，各部件檢查無異常后，繼續(xù)增加導葉開度，觀察測速環(huán)節(jié)運行正常后，方可執(zhí)行正常自動的開機和停機流程，注意如果探頭與齒盤間距調(diào)整不當，水輪機組的轉(zhuǎn)動慣性將會破壞測速探頭并造成設(shè)備損壞。

6 應急處置預案

a.當事件發(fā)生后，應迅速檢查發(fā)電機層測速裝置及機組相關(guān)設(shè)備，并監(jiān)視機組轉(zhuǎn)速變化情況。

b.將機組導葉切為手動方式運行，風閘制動需要手動操作，防止風閘提前投入。

c.檢查調(diào)速器系統(tǒng)、水車室、流程的正常執(zhí)行情況。

d.檢修人員對故障部位進行檢查，并及時消除故障。

7 結(jié) 語

通過對機組測頻的硬件設(shè)施以及控制流程進行系統(tǒng)優(yōu)化，提高了20 MW水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速測頻鏈路的運行可靠性和穩(wěn)定性，保障了發(fā)電機組非調(diào)峰期間河道的正常泄放基流，消除了因測控回路故障引發(fā)的機組嚴重事故隱患，保障了龍口電站水輪機組的安全穩(wěn)定運行，為電網(wǎng)的穩(wěn)定作出了重要貢獻。

8 思考及建議

a.焊接固定工作應注意人員安全，防止人員高空墜落，防止工器具高空墜落。

b.齒盤間隙調(diào)整須由專業(yè)人員進行。

c.試驗過程必須有人監(jiān)護，出現(xiàn)突發(fā)情況須緊急關(guān)閉機組進水口導葉。

d.機組試運期間，禁止一切有關(guān)人員在水力機械轉(zhuǎn)動部件上工作。

e.加強主設(shè)備巡檢力度，加大消缺力度，避免主設(shè)備缺陷發(fā)展為隱患。