某大型水電站嚴(yán)重事故停機(jī)原因分析及處理

曹艷明，呂曉東，孟小霞

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司公司，成都 610051)

0 引言

某水電站總裝機(jī)4臺，共2 400 MW，每臺機(jī)組均配置有5套機(jī)組測速裝置：分別安裝于機(jī)組測溫柜內(nèi)電腦轉(zhuǎn)速測控儀(主要用于蠕動探測，以下簡稱蠕動測速裝置)、風(fēng)閘制動測速控制柜內(nèi)轉(zhuǎn)速監(jiān)控裝置(以下簡稱制動測速裝置)、純機(jī)械過速保護(hù)裝置、調(diào)速器A套調(diào)節(jié)器測速裝置和調(diào)速器B套調(diào)節(jié)器測速裝置。其中，蠕動測速裝置、轉(zhuǎn)速監(jiān)控裝置和純機(jī)械過速保護(hù)裝置這3套裝置的過速信號均直接動作于監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組過速保護(hù)停機(jī)。

1 設(shè)備異?，F(xiàn)象

2020年08月03日05∶00∶32，監(jiān)控CCS發(fā)出以下信號：

——#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>115%Ne動作；——#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>145%Ne動作；——#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>145%Ne復(fù)歸；——#3機(jī)測溫柜-蠕動裝置綜合故障報警；——#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>115%Ne復(fù)歸；——電氣過速148%(測速、測溫)，3號機(jī)組緊急落門停機(jī)操作(流程自啟動)；——#3機(jī)組開出第2點(diǎn)動作(#3機(jī)停機(jī)令)；——#3機(jī)組開出第9點(diǎn)動作(#3機(jī)投入急停電磁閥)；——#3機(jī)組開出第14點(diǎn)動作(#3機(jī)勵磁系統(tǒng)退出令)；——#3機(jī)組開出第75點(diǎn)動作(#3機(jī)投入事故配壓閥電磁閥)；——#3機(jī)組開出第129點(diǎn)動作(#3機(jī)事故快速閉門；——#3機(jī)組開出第131點(diǎn)復(fù)歸(#3機(jī)無事故)；——#3機(jī)嚴(yán)重事故停機(jī)流程執(zhí)行中動作；——#3機(jī)緊急落門事故停機(jī)動作；——#3機(jī)事故停機(jī)過程中動作；——#3機(jī)停機(jī)過程中動作。

隨后，#3機(jī)組按照事故停機(jī)流程停機(jī)。

2 初步原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場設(shè)備檢查、查詢相關(guān)歷史數(shù)據(jù)并對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定導(dǎo)致此次異常事件發(fā)生的原因有3個方面：

2．1 原因1：外部干擾導(dǎo)致蠕動測速裝置信號誤開出

當(dāng)天04∶09∶10時許，CCS就已經(jīng)同時發(fā)“#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>115%Ne動作”、“#3機(jī)測溫屏空冷器進(jìn)風(fēng)溫度過高”、“#3機(jī)測溫屏空冷器出風(fēng)溫度過高”、“#3機(jī)測溫屏水導(dǎo)油槽油溫#2過高”、“#3機(jī)測溫屏水導(dǎo)油槽油溫#1過高”報警信號，如圖1所示。

圖1 04∶09∶10時的簡報信息

05∶00∶32時許，蠕動測速裝置再次發(fā)出“#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>115%Ne動作”和“#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>145%Ne動作”信號。現(xiàn)場檢查產(chǎn)生以上信號的蠕動測速裝置、空冷器出風(fēng)測溫儀、空冷器進(jìn)風(fēng)測溫儀、水導(dǎo)油槽油溫#1測溫儀及水導(dǎo)油槽油溫#2測溫儀5個裝置緊密安裝在一起。結(jié)構(gòu)布局圖如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)布局圖

該電站曾發(fā)生過一定范圍內(nèi)大概率可以引起測溫儀“溫度過高”報警信號誤開出事件。測試停止，開出信號馬上復(fù)歸的情況。說明該系列的測溫儀產(chǎn)品抗干擾能力較弱。

故初步分析原因1不排除外部干擾導(dǎo)致測溫儀及蠕動測速裝置信號誤開出。

2．2 原因2：機(jī)組LCU SOE10板件故障

查詢機(jī)組LCU設(shè)備圖紙可知，異常期間產(chǎn)生的“#3機(jī)測溫屏空冷器進(jìn)風(fēng)溫度過高”、“#3機(jī)測溫屏空冷器出風(fēng)溫度過高”、“#3機(jī)測溫屏水導(dǎo)油槽油溫#2過高”、“#3機(jī)測溫屏水導(dǎo)油槽油溫#1過高”、“#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>115%Ne動作”、“#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>145%Ne動作”、“#3機(jī)測溫柜-蠕動裝置綜合故障報警”這7個報警信號均由機(jī)組LCU SOE10板件處理后產(chǎn)生且緊密分布在一起，同時報警動作信號及復(fù)歸信號事故產(chǎn)生時標(biāo)一致。

故初步分析原因2不排除機(jī)組LCU SOE10板件故障，導(dǎo)致其中的部分信號誤開出。

2．3 原因3：蠕動測速裝置故障

現(xiàn)場檢查#3機(jī)組蠕動測速裝置，各輸出節(jié)點(diǎn)參數(shù)設(shè)置正確，并觀察到#3機(jī)組蠕動測速裝置上“過速記憶”指示燈點(diǎn)亮。記憶最大轉(zhuǎn)速118．2%Ne。蠕動測速現(xiàn)場檢查情況，如圖3所示。

圖3 蠕動測速裝置現(xiàn)場檢查情況

查詢?nèi)鋭訙y速裝置說明書可知：“過速記憶”指示燈僅在轉(zhuǎn)速達(dá)到145%Ne以上時才會點(diǎn)亮，同時開出“轉(zhuǎn)速>145%Ne”信號，并記錄下當(dāng)時最大轉(zhuǎn)速。而現(xiàn)場裝置記憶到的最大轉(zhuǎn)速為118．2%Ne且機(jī)組實(shí)際并未過速。

故初步分析原因3不排除機(jī)組蠕動測速裝置故障。不僅產(chǎn)生錯誤的“過速記憶”信息，同時誤開出“轉(zhuǎn)速>115%Ne”和“轉(zhuǎn)速>145%Ne”信號。

對以上3種情況進(jìn)行總結(jié)與歸納如下，見表1。

表1 設(shè)備異常原因分析

3 原因排查與分析

通過調(diào)閱2020年08月03日04∶09和2020年08月03日05∶00時間段工業(yè)電視視頻，未發(fā)現(xiàn)此時間段機(jī)組測溫柜附近有人員經(jīng)過或其它異常現(xiàn)象。故排除原因1：外部干擾導(dǎo)致測溫儀及蠕動測速裝置信號誤開出。

經(jīng)現(xiàn)場檢查“#3機(jī)測溫屏空冷器進(jìn)風(fēng)溫度過高”、“#3機(jī)測溫屏空冷器出風(fēng)溫度過高”、“#3機(jī)測溫屏水導(dǎo)油槽油溫#2過高”、“#3機(jī)測溫屏水導(dǎo)油槽油溫#1過高”、“#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>115%Ne動作”、“#3機(jī)測溫柜-機(jī)組轉(zhuǎn)速>145%Ne動作”、“#3機(jī)測溫柜-蠕動裝置綜合故障報警”這7個報警信號回路，接線均正確、端子接線緊固、屏蔽線接地正常。將機(jī)組LCU SOE10板件郵寄回生產(chǎn)廠家進(jìn)行返廠檢測，未發(fā)現(xiàn)該板件有任何異常(注：由于蠕動測速裝置廠家已停止生產(chǎn)該產(chǎn)品且不再提供該裝置的后續(xù)服務(wù)，故蠕動測速裝置未能進(jìn)行返廠檢測)。故排除原因2：機(jī)組LCU SOE10板件故障。

查詢異常期間#3機(jī)組調(diào)速器、制動測速及蠕動測速三個裝置所測量的轉(zhuǎn)速曲線發(fā)現(xiàn)：三個裝置所測量的實(shí)際轉(zhuǎn)速均未過速，且蠕動測速裝置所測量的轉(zhuǎn)速在機(jī)組事故停機(jī)時突降為0%Ne，呈現(xiàn)明顯的故障狀態(tài)。如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場各測速裝置轉(zhuǎn)速測值曲線

綜上可知：本次#3機(jī)組異常落門停機(jī)的原因?yàn)椋?3機(jī)組蠕動測速裝置故障，導(dǎo)致裝置轉(zhuǎn)速測量異常，“轉(zhuǎn)速>115%Ne”和“轉(zhuǎn)速>145%Ne”信號輸出接點(diǎn)誤開出。

4 處理措施及建議

4．1 處理措施

根據(jù)NB/T 35004—2013《水力發(fā)電廠自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)范》第4．1．8條“機(jī)組二級過速保護(hù)應(yīng)裝設(shè)機(jī)械和電氣兩種信號源的轉(zhuǎn)速信號器”和第4．1．9條“機(jī)組電氣轉(zhuǎn)速信號器應(yīng)具有電壓互感器和齒盤兩種測頻方式冗余輸入”要求。目前該水電站機(jī)組已配置純機(jī)械過速保護(hù)裝置和制動測速裝置，且制動測速裝置輸入為雙通道，齒盤探頭測量為主，電壓互感器測量為輔。滿足上述NB/T 35004的有關(guān)規(guī)定，且滿足機(jī)組正常啟停機(jī)控制和事故停機(jī)流程控制的需要。采取以下處理措施：

(1) 在征詢電力設(shè)計院同意后，電站修改了監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組過速保護(hù)停機(jī)條件，蠕動測速裝置輸出至監(jiān)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速接點(diǎn)不啟動事故停機(jī)流程，僅做監(jiān)測報警用。

(2) 對蠕動測速裝置進(jìn)行換型，選用更加穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力更強(qiáng)的成熟產(chǎn)品。

4．2 優(yōu)化建議

考慮到機(jī)組事故停機(jī)流程的所有啟動條件均存在信號誤動的可能，建議在啟動條件中增加防止電氣過速保護(hù)誤動的邏輯：

(1) 在機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)電氣過速保護(hù)信號時，可綜合其它回路測得的機(jī)組實(shí)際頻率值，如果電氣過速保護(hù)信號動作而機(jī)組頻率正常，則僅發(fā)出機(jī)組過速報警。

(2) 在機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)電氣過速保護(hù)信號時，可綜合發(fā)電機(jī)出口斷路器GCB狀態(tài)，如果電氣過速保護(hù)信號動作而GCB在合閘狀態(tài)，則僅發(fā)出機(jī)組過速報警。

5 結(jié)論

機(jī)組過速保護(hù)配置時既要做好防拒動的配置，也要考慮防誤動的措施。畢竟機(jī)組飛逸危害極大，事故嚴(yán)重時可導(dǎo)致導(dǎo)水機(jī)構(gòu)被破壞，造成機(jī)組大量跑水，進(jìn)而演變成水淹廠房的重特大事故，給水電站安全運(yùn)行和國有資產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失。本文通過對機(jī)組異常落門停機(jī)事件的故障查找及原因分析的過程進(jìn)行了總結(jié)、歸納，并有針對性地提出了相應(yīng)的處理措施和預(yù)防建議，希望能在機(jī)組過速保護(hù)配置和裝置選型方面進(jìn)行優(yōu)化，從而保障水電站機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。