水力發(fā)電機組緊急事故停機負荷處理技術(shù)

吳能文 柴芙蓉

摘要：一系列科學精準的順序調(diào)控流程是水電站水力發(fā)電機組順利運作的關(guān)鍵性基礎(chǔ)?；诖?，本文進一步分析水電站緊急事故停機評判基礎(chǔ)，詳盡地說明緊急事故停機流程規(guī)劃標準和實際緊急事故停機流程操作預(yù)案，詳盡地說明緊急事故停機流程內(nèi)功率處置手段上的差異點以及相同點，同時要求相關(guān)人員在機組緊急停機的情況下提供減負荷操作或者甩負荷操作。本文將以某地水電站為例，該水電站在多次出現(xiàn)電網(wǎng)故障之后引發(fā)機組甩負荷，由于機組轉(zhuǎn)速超出115%一級過速而進行緊急事故停機。對此，本文將根據(jù)該水電站的實際狀況，進一步分析其動作流程，探尋影響停機的各方面原因，并提供針對性的措施建議，希望能夠給相同類型的事故提供有益的參考價值。

關(guān)鍵詞：水力;發(fā)電機組;緊急事故;停機;負荷;處理技術(shù)

1引言

伴隨我國水電行業(yè)地迅速發(fā)展，此時水力發(fā)電已經(jīng)成為我國能源構(gòu)成極為關(guān)鍵構(gòu)成部分。水電站水力發(fā)電機組的順利穩(wěn)定運作情況不但會影響到機組本身的設(shè)施安全，同時還會影響到電網(wǎng)平穩(wěn)以及電廠運行維護工作者的生命健康。值得注意的是，機組在運作期間，常常會因為設(shè)施自身隱患、設(shè)施老舊、設(shè)施非正常工況運作或者運行人員誤操作等引發(fā)機組異常，從而出現(xiàn)一系列機組故障問題。為了防止產(chǎn)生重大水電站故障，采用針對性的安全技術(shù)方法，確保水力發(fā)電機組的順利平穩(wěn)運作，已經(jīng)成為設(shè)計、建設(shè)及維護水電廠的重要一環(huán)。

在機組事故或者機組出現(xiàn)故障異常情況下，怎樣防止事故更大范圍擴散，保證機組在較短時期內(nèi)移除事故點并停運到安全情況之下，已經(jīng)成為各個水電設(shè)計所重視的焦點。在機組順序調(diào)控過程中，緊急停機回路屬于關(guān)鍵構(gòu)成部分，已經(jīng)成為機組出現(xiàn)事故時安全可靠停機的關(guān)鍵保障，機組緊急停機回路已經(jīng)成為監(jiān)督設(shè)計水電站期間的必要一環(huán)。當下我國國內(nèi)各水電站在機組緊急事故停機流程處置上具有明顯統(tǒng)一性，不過在流程內(nèi)的機組負荷處置手段具有一定差異性。部分電廠采取直接甩負荷的手段予以處置，部分電站采取減負荷再解列的手段開始處置，本文將對其進行詳細地闡述，希望能夠給同行帶來一定的參考價值。

2機組緊急停機流程觸發(fā)基礎(chǔ)、規(guī)范條件及處置方法

通常來說，水力機組緊急停機信號常常涵括諸多的內(nèi)容，比如說機組二級電氣過速訊息、機組機械過速訊息、機組緊急停機按鈕活動、調(diào)速器緊急停機按鈕活動、水淹廠房緊急停機訊息、迅速門下滑到事故方位等等。上文所提及的訊息活動都將會進一步觸發(fā)機組緊急事故停機環(huán)節(jié)。根據(jù)我國水力發(fā)電廠自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)范，當下已經(jīng)對機組出現(xiàn)緊急事故停機時機組停機流程展開了闡述，比如說，如果機組出現(xiàn)過速等事故，那么緊急停機的環(huán)節(jié)就可以解釋為轉(zhuǎn)速上升到前一上限，同時調(diào)速器主配壓閥拒動的過程中開啟過速限制裝置，倘若沒有設(shè)置過速限制裝置，那么就可以迅速關(guān)上快速事故閘門或者進水閥。如果轉(zhuǎn)速上升到第二上限，那么就可以閉合迅速事故閘門或進水閥。在機組功率下降到將近為零的情況之下，通常會出現(xiàn)一系列跳閘問題、滅磁問題或者停機問題。

值得注意地是，我國水電廠在機組緊急事故停機期間，在處理負荷的過程中常常包括兩種形式。機組在出現(xiàn)緊急事故停機之后，機組在同一時間內(nèi)下發(fā)跳發(fā)電機出口斷路器開關(guān)、調(diào)速器緊急停機等等指令。在上述環(huán)節(jié)之中，機組會在短時間內(nèi)甩掉所帶全部的負荷，而且在此時也會中止機組水源，在機組及電網(wǎng)斷開，同時機組導(dǎo)葉閉合之后移出勵磁系統(tǒng)，投入機械制動系統(tǒng)之后再進一步從油、氣、水系統(tǒng)退出。除此之外，機組在出現(xiàn)緊急事故停機之后，機組率先下發(fā)調(diào)速器緊急停機、調(diào)速器事故停機及閉合進水口事故門指令。機組所帶功率低于設(shè)定取值或者導(dǎo)葉閉合到空載方位之下，下發(fā)跳發(fā)電機出口斷路器閉合指令。在上述環(huán)節(jié)之中，相關(guān)的操作人員要注意及時阻隔掉機組水源，等到機組功率下降到設(shè)定值的情況下，方可和電網(wǎng)進行斷開處理。

3緊急事故停機期間負荷處理方式分析

機組緊急事故停機觸發(fā)的基本條件就涵括人工干預(yù)、水淹廠房、閘門故障和機組過速等等。誘發(fā)上述問題的因素就主要劃分成機組電氣事故以及機組機械事故。一旦機組出現(xiàn)電氣事故，那么電氣故障就會在相當短的時間里給機組帶來威脅，為避免事故進一步擴散，那么就要求將機組以及系統(tǒng)彼此解列開來，而且考慮到電氣事故大多都會損害到逆變滅磁的投入基本條件，那么就要求跳發(fā)電機滅磁開關(guān)裝置。在這個過程中，機組繼電保護系統(tǒng)在短時間內(nèi)活動，從而就能夠?qū)C組及系統(tǒng)的電氣相互隔離開來，作為機組電氣故障的后備系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)在這個時候也能夠開啟電氣事故停機流程，同時在短時間內(nèi)當作跳開機組出口斷路器開關(guān)設(shè)施。如果機組甩負荷引發(fā)機組二級電氣過速問題，那么機組緊急停機流程就會被漸漸開啟。在這樣的條件下，機組緊急停機流程采取后者流程，在較短的時間內(nèi)阻隔機組水源，從而機組停下即可。

通常在機組出現(xiàn)機械事故的情況下，那么調(diào)速器故障就使得機組在短期內(nèi)轉(zhuǎn)速上升，在機組轉(zhuǎn)速超出限定值的情況下，就會影響到機組緊急停機環(huán)節(jié)。上述現(xiàn)象一旦出現(xiàn)，那么機組不會產(chǎn)生不良電氣事故，于是相關(guān)人員就不要求

機組和系統(tǒng)馬上做到電氣隔離，防止機組過速變成事故處置的重要矛盾。迅速阻隔機組水源就變成了機組緊急停機環(huán)節(jié)的重要操作活動，在這個時候就要求相關(guān)操作人員在第一時間內(nèi)啟動調(diào)速器緊急停機電磁閥及事故停機電磁閥，接著再閉合機組進水口閘門。事實上，機組有無和電網(wǎng)解列在很大程度上不會干擾到機組水源供應(yīng)情況，所以如果機組負荷靠近零或者導(dǎo)葉處在空載方位之下，而接著再進一步執(zhí)行跳發(fā)電機出口斷路器活動，從而讓機組和電網(wǎng)彼此切斷，此時就不會使得事故進一步擴散。倘若機組緊急停機期間，其阻隔水源以及跳發(fā)電機出口斷路器在同一時間開展，那么機組迅速甩負荷，此時就會給電網(wǎng)帶來大功率突變撞擊，在此期間還會使得機組自身過速或者進一步加劇過速程度，這一系列活動不但會影響到電網(wǎng)的順利平穩(wěn)運作，同時還會給機組招致一系列不良危害。

4工程案例

本工程中，某電站屬于大（Ⅰ）型水力發(fā)電站，以水力發(fā)電作為主要目標，該水電站自2010年開始投入商業(yè)運作，官方要求其可允許運營周期是25年。同時，該水力發(fā)電站采取一管雙機引水的主要方式，通過引水隧洞或者引水壓力鋼管，進一步由水庫進行引水，在廠房前漸漸分叉到電站兩個混流式水輪發(fā)電機組，每個水輪機發(fā)電機組都配備了專門的雙重錘液控蝶閥裝置。不僅如此，該電站裝機容量大約為2×50MW，平均每年發(fā)電量大約是4.93×108kW·h。與此同時，電站電能通過兩回115kV線路漸漸向外輸出，而發(fā)電機、變壓器采取單元接線，電站控制過程中，常常要應(yīng)用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，同時依據(jù)“無人值班，少人值守”展開設(shè)計。

考慮到所在區(qū)域電網(wǎng)總?cè)萘肯鄬苄?，所以在暴雨氣候之下常常會因為一系列雷擊問題而引發(fā)不良電網(wǎng)故障問題。尤其是在近幾年發(fā)展過程中，運作期間總是會產(chǎn)生電網(wǎng)故障引發(fā)機組甩負荷，如果機組轉(zhuǎn)速小于115%一級過速報警，那么接著就出現(xiàn)緊急事故停機的異常狀況。一般條件之下，機組甩負荷期間，機組通過短期過速，利用調(diào)速器在第一時間內(nèi)開始調(diào)控，最終會穩(wěn)固于發(fā)電機空載運作狀態(tài)之下。而機組一級過速通常僅是作用到報警，一旦機組一級過速，那么調(diào)速器失靈就會導(dǎo)致主配壓閥拒動，如此一來就需要進行緊急事故停機。如果每次甩負荷均將引發(fā)機組停機問題，那么這就不可避免地影響機組的平穩(wěn)程度，嚴重時還會影響到恢復(fù)發(fā)電運行。

5水電站工程案例事故原因分析

依據(jù)對過往停機過程信號登記信息查詢，電站由于電網(wǎng)故障引發(fā)機組甩負荷的時候，此時調(diào)速器就會在第一時間內(nèi)進行回應(yīng)，而導(dǎo)葉在既定時間內(nèi)就會全部關(guān)上，信號反饋順利。所以，相關(guān)人員要求對緊急事故停機流程展開必要的核查分析。在設(shè)計電站控制流程的過程中，由于調(diào)速器上送計算機監(jiān)控的主配方位信號采取的是常閉接點信號，導(dǎo)葉停止或啟動的情況下，主配方位信號聯(lián)通在一塊兒，導(dǎo)葉閉合期間主配方位信號阻隔。機組甩負荷的過程中，調(diào)速器調(diào)控導(dǎo)葉智能化閉合到全關(guān)，在這個時候主配方位上的信號阻斷。如果機組導(dǎo)葉全部關(guān)閉，那么調(diào)速器主配壓閥恢復(fù)到原來，主配方位信號聯(lián)通。在導(dǎo)葉閉合期間，機組轉(zhuǎn)速表現(xiàn)出最開始上升接著再降低的態(tài)勢。在本次研究中，若機組轉(zhuǎn)速超出115%，同時調(diào)速器主配方位閉合的狀況下，機組緊急停機并關(guān)蝶閥流程就需要繼續(xù)進行計時。如果5秒之后機組轉(zhuǎn)速依然維持在超過115%的情況下，同時調(diào)速器主配方位信號依然處在閉合情況下，那么PLC就要繼續(xù)開啟緊急停機，同時要閉合蝶閥環(huán)節(jié)。再計時5.1秒之后，導(dǎo)葉依然處在全關(guān)方位，調(diào)速器主配方位信號處在閉合情況，機組轉(zhuǎn)速仍然超過115%，在此時PLC開啟了緊急停機，而且還閉合蝶閥的環(huán)節(jié)。值得注意的是，機組在甩負荷之后，調(diào)速器主配活動就會把導(dǎo)葉全部關(guān)閉，接著主配方位斷開，此次因為機組負荷相對比較少，那么導(dǎo)葉開度就很低，只要求計時3秒之后，機組轉(zhuǎn)速就漸漸降低到115%之下，所以機組控制流程沒有開啟緊急停機關(guān)蝶閥環(huán)節(jié)，而是正常把機組保持在空載情況下。

6解決措施分析

依據(jù)上述分析，機組甩負荷后開啟緊急事故停機的關(guān)鍵性原因就在于，機組甩負荷的過程中，雖然導(dǎo)葉已經(jīng)全部閉合，此時相關(guān)人員要確保機組轉(zhuǎn)速低于115%的持續(xù)時長超出程序設(shè)定計時時長，機組PLC依然會開啟機組緊急事故停機環(huán)節(jié)。為了處理好上述問題，此時可以采取兩種解決方法，具體來說，首先，進一步提升計時設(shè)定的實際取值，盡可能地繞開機組超出115%轉(zhuǎn)速的時間節(jié)點。其次，針對調(diào)控流程中有關(guān)轉(zhuǎn)速超出115%的處理程序段，相關(guān)人員要增設(shè)一處條件，也就是利用導(dǎo)葉全關(guān)訊號對這一流程予以閉鎖。不過如果采用前一種方法，比如增設(shè)計時設(shè)定取值，那么極易導(dǎo)致調(diào)速器主配壓閥出現(xiàn)故障異常時，很難在第一時間回應(yīng)啟動緊急事故停機，如此一來，就提升機組的安全風險系數(shù)。值得注意的是，機組調(diào)速器主配方位復(fù)歸的時候，導(dǎo)葉已經(jīng)全部關(guān)閉，所以就需要選取導(dǎo)葉全關(guān)信號當作閉鎖的基本條件。

7結(jié)束語

綜上所述，在上述案例之中，相關(guān)人員通過對機組事故停機流程地進一步優(yōu)化調(diào)整，同時通過反復(fù)地操作核查，該大型水力發(fā)電站有效地避免了由于電網(wǎng)故障甩負荷而引發(fā)的一系列停機等問題。如此一來就說明，相關(guān)人員在有關(guān)轉(zhuǎn)速超出115%處理程序段之中，相應(yīng)地增設(shè)導(dǎo)葉全關(guān)信號，在一定程度上可以對該流程予以閉鎖，值得被進一步地推廣應(yīng)用。除此之外，綜合機組緊急事故停機基本條件，緊急停機流程執(zhí)行預(yù)案及其結(jié)果，這就不難看出，機組在緊急停機過程中務(wù)必要遵循既定的規(guī)范條例，遏制機組水源之后核查此時機組負荷，等到機組負荷低于設(shè)定取值的情況下，接著再進一步跳發(fā)電機出口斷路器裝置?？紤]到現(xiàn)如今水力機組事故故障類型多元，比如說機械事故故障、電氣事故故障、緊急事故故障都不可避免地會影響到此時機組的順利運作，所以相關(guān)的流程設(shè)計人員務(wù)必要根據(jù)實際情況，全面地考量各個事故故障觸發(fā)的普遍性條件，同時系統(tǒng)化地考慮各個不同控制流程對機組運作所帶來的影響，于是就可以編制出一系列操作可行的控制流程方案，確保機組能夠安全順利運作。

參考文獻

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作者簡介：吳能文（1976-），男，漢族，四川儀隴縣人大專，助理工程師，主要從事水電運行工作。

柴芙蓉（1983-），女，漢族，四川南部縣人本科，助理工程師，主要從事水電運行工作。