胡 豐,皮征永,張 洪
(掛治水電廠,貴州 錦屏 556700)
掛治水電站位于沅水干流上游河段的清水江中下游,貴州省黔東南州錦屏縣境內(nèi),上游距離三板溪水電站約18 km,下距錦屏縣城約7 km,工程以發(fā)電為主。兼有改善航運(yùn)條件等綜合利用效益,電站安裝3臺單機(jī)容量50 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組,采用單回220 kV送出線路并入湖南電網(wǎng)。
掛治電廠投產(chǎn)時(shí)采用的是武漢能事達(dá)公司生產(chǎn)PID全數(shù)字式型微機(jī)電液調(diào)速器,投入運(yùn)行14年,2021年掛治廠進(jìn)行了2號機(jī)組A級檢修,檢修期間,對調(diào)速器系統(tǒng)進(jìn)行了換型改造,采用了北京中水科水電科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的CVZT-100數(shù)字式水輪機(jī)調(diào)速器,槳葉反饋傳感器采用德國艾斯瑪公司生產(chǎn)的傳感器,其型號:WS10SG-375-420TL10-M4,傳感器設(shè)置了冗余配置。
拉線位移傳感器主要由兩個(gè)部分組成,機(jī)械部分與電子部分,電子部分一般安裝BEN編碼器,鋼絲繩由自卷彈簧始終保持收緊狀態(tài),測量原理是鋼絲繩的直線位移轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)量的電氣信號量。鋼絲繩緊繞在多圈測量輪上,每圈行程相同,鋼絲繩測量輪、卷簧輪與傳感器同軸聯(lián)動,因此在整個(gè)測量范圍內(nèi)均為線性測量。拉線位移傳感器正常工作時(shí)輸出的是4~20 mA電流信號,以滿足機(jī)組運(yùn)行及開停機(jī)期間的行程、高精度信號需求。
2021年 4月 8日 20:19:00,2號機(jī)組停機(jī),機(jī)組制動風(fēng)閘復(fù)歸后,上位機(jī)立即出現(xiàn)以下報(bào)警信號:“2F:槳葉反饋(調(diào)速器通訊)故障”“調(diào)速器A機(jī)故障”“調(diào)速器B機(jī)故障”“調(diào)速器事故動作”“調(diào)速器急停閥動作”“機(jī)械事故動作”“調(diào)速器急停閥動作”“調(diào)速器A、B機(jī)同時(shí)故障動作”。中控室值班人員發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號后,立即通知相關(guān)專業(yè)人員到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行檢查,檢查發(fā)現(xiàn)2號機(jī)組調(diào)速器機(jī)械調(diào)節(jié)柜內(nèi)急停閥動作、2號機(jī)組水車室內(nèi)導(dǎo)葉全關(guān)、2號機(jī)組受油器內(nèi)槳葉機(jī)械反饋裝置顯示開度為30%,機(jī)組導(dǎo)葉開度、槳葉開度與上位機(jī)一致,槳葉開機(jī)腔壓力表顯示 0 MPa。2021年 4月 11日 12:38:00,2號機(jī)組停機(jī)后再次出現(xiàn)槳葉反饋裝置故障的此類情況。
掛治電廠槳葉開度傳感器采用3套控制,第1套傳感器信號直接輸入A機(jī),第2套傳感器信號直接輸入B機(jī),第3套公用傳感器通過隔離模塊分離,分別將槳葉開度信號傳入A、B機(jī)兩套控制器的第二路槳葉采集通道,如圖1所示:
圖1 槳葉傳感器信號傳輸圖
當(dāng)A機(jī)控制器輪葉采集第一通道與第二通道發(fā)生偏差或者越限故障時(shí),如果切換到B機(jī)運(yùn)行,B機(jī)此時(shí)如果是正常的,則可判斷為第1套傳感器故障,如果此時(shí)B機(jī)也故障,則可判斷為第3套傳感器故障。如果A機(jī)運(yùn)行正常,B機(jī)報(bào)輪葉故障,則可判斷為第2套傳感器故障。因此,按調(diào)速器設(shè)計(jì)思路,可判斷機(jī)組槳葉故障導(dǎo)致原因大概率為第3套傳感器問題,考慮到故障發(fā)生持續(xù)時(shí)間為40 s左右,且可以自動恢復(fù),經(jīng)過后期反復(fù)操作未發(fā)生此類情況。當(dāng)調(diào)速器A機(jī)或B機(jī)采集值低于低限或高于高限設(shè)定值,在機(jī)組運(yùn)行過程中控制器報(bào)調(diào)速器A機(jī)故障或調(diào)速器B機(jī)故障,機(jī)組穩(wěn)定當(dāng)前狀態(tài),機(jī)組在并網(wǎng)前或停機(jī)過程中報(bào)調(diào)速器事故,則觸發(fā)機(jī)組機(jī)械事故動作急停閥停機(jī)。
上位機(jī)出現(xiàn)“調(diào)速器事故動作”“調(diào)速器急停閥動作”“機(jī)械事故動作”“調(diào)速器急停閥動作”報(bào)警原因分析:當(dāng)機(jī)組調(diào)速器A機(jī)控制器大故障時(shí),且調(diào)速器B機(jī)控制器正常,調(diào)速器會切換至B機(jī)運(yùn)行。如果B機(jī)也故障,則A機(jī)繼續(xù)作為主用,同時(shí)A、B機(jī)報(bào)信號至監(jiān)控。初步判斷槳葉反饋故障原因系公用槳葉拉線傳感器跳變引起。
通過上位機(jī)的報(bào)警信號分析可看出,槳葉故障報(bào)警每次出現(xiàn)在機(jī)組制動風(fēng)閘復(fù)歸后出現(xiàn)。2號機(jī)組的調(diào)速器電氣調(diào)節(jié)柜與機(jī)組風(fēng)閘制動柜相鄰,機(jī)組停機(jī)過程中,當(dāng)轉(zhuǎn)速到20%額定轉(zhuǎn)速時(shí),機(jī)組制動風(fēng)閘自動投入,15 min后制動風(fēng)閘自動退出(機(jī)組未發(fā)生蠕動,制動風(fēng)閘不再投入);風(fēng)閘退出過程中,風(fēng)閘制動腔排氣(0.6 Mpa低壓氣),排氣過程中產(chǎn)生振動干擾,導(dǎo)致相鄰的調(diào)速器電氣調(diào)節(jié)柜內(nèi)槳葉信號發(fā)生異常。
更換公用槳葉傳感器:機(jī)組停機(jī)后,現(xiàn)場將機(jī)組調(diào)速器控制方式切至“現(xiàn)地”位置,槳葉控制方式切至“手動”位置,斷開機(jī)組調(diào)速器電氣調(diào)節(jié)柜內(nèi)PLC電源開關(guān),對2號機(jī)組公用槳葉傳感器進(jìn)行了更換。更換工作完成后,對傳感器信號線進(jìn)行絕緣測量,測量結(jié)果絕緣值均大于1 000 MΩ,符合相關(guān)要求;對2號機(jī)組槳葉傳感器信號回路進(jìn)行全面檢查,對信號回路接線端子進(jìn)行了緊固,排查傳感器插頭接線處和電纜連接端子處是否有松動現(xiàn)象。
2號機(jī)組公用槳葉傳感器更換完畢后,第1次模擬2號機(jī)組制動風(fēng)閘自動投入、上位機(jī)退出制動風(fēng)閘操作,未出現(xiàn)異常報(bào)警信號,重復(fù)進(jìn)行了3次機(jī)組制動風(fēng)閘自動投入、上位機(jī)退出機(jī)組制動風(fēng)閘操作,均未出現(xiàn)異常報(bào)警信號。
對2號機(jī)組調(diào)速器相關(guān)程序進(jìn)行修改,將2號機(jī)組槳葉主備用傳感器采樣值超差>5%時(shí),由原觸發(fā)調(diào)速器事故修改為只觸發(fā)調(diào)速器小故障不進(jìn)行A/B機(jī)切換,優(yōu)化邏輯判斷。2號機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下,將停機(jī)態(tài)時(shí)槳葉人工開度死區(qū)由-9%調(diào)整為-2%,開機(jī)態(tài)時(shí)槳葉開度死區(qū)維持±0.3%不變
進(jìn)行槳葉動作試驗(yàn),將2號機(jī)組槳葉的控制方式切至“手動”,手動將機(jī)組槳葉進(jìn)行全關(guān)、全開全行程動作幾次,未出現(xiàn)槳葉反饋異常報(bào)警信號。向集控申請上位機(jī)開2號機(jī)組至空轉(zhuǎn),槳葉動作靈活,且開度顯示正常,調(diào)速器系統(tǒng)運(yùn)行正常,槳葉反饋裝置未發(fā)現(xiàn)異常。
通過采取上述的措施,2號機(jī)組運(yùn)行至今未出現(xiàn)此類故障,槳葉反饋裝置運(yùn)行狀態(tài)良好。
拉線式位移傳感器是自動控制系統(tǒng)必不可少的設(shè)備,且應(yīng)用廣泛,在水電廠中許多重要的設(shè)備都被應(yīng)用,尤其是水輪機(jī)的導(dǎo)葉、槳葉反饋機(jī)構(gòu)等設(shè)備。引發(fā)傳感器故障有許多因素,有外部因素:傳感器插頭松動、接線端子松動、信號回路故障、電磁干擾等;有內(nèi)部因素:傳感器拉線斷股(斷裂)、傳感器拉線卡阻、傳感器內(nèi)部彈簧張力不夠、內(nèi)部元器件老化等。如何降低傳感器故障發(fā)生率及出現(xiàn)故障應(yīng)急處置是保證電廠設(shè)備安全重要研究課題,本文介紹了電廠發(fā)生一起機(jī)組槳葉反饋裝置故障,通過對故障原因分析與處理,積累了寶貴的工作經(jīng)驗(yàn),同時(shí)也為同類型設(shè)備故障處理提供了良好的借鑒。