模擬開停機(jī)試驗(yàn)在萬家寨水電站的應(yīng)用

沈浩躍

（黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 忻州 036412）

0 引言

為提高水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，每臺(tái)機(jī)組每年都會(huì)進(jìn)行相應(yīng)等級(jí)的計(jì)劃?rùn)z修[1]。當(dāng)檢修進(jìn)行到后期，在一次設(shè)備和機(jī)械設(shè)備檢修完畢，且保護(hù)裝置校驗(yàn)、勵(lì)磁系統(tǒng)開環(huán)試驗(yàn)、調(diào)速器無水調(diào)試試驗(yàn)等二次設(shè)備試驗(yàn)工作全部完畢后，需在無水工況下進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)模擬開停機(jī)試驗(yàn)。模擬開停機(jī)試驗(yàn)的主要目的是檢驗(yàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)開停機(jī)流程、事故停機(jī)自啟動(dòng)流程、水機(jī)保護(hù)回路以及檢修后的各系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，并及時(shí)處理發(fā)現(xiàn)的問題，確保監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠投運(yùn)。本文從監(jiān)控系統(tǒng)模擬開停機(jī)試驗(yàn)全過程出發(fā)，圍繞試驗(yàn)條件、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)項(xiàng)目和方法進(jìn)行討論，以確保試驗(yàn)順利開展。

1 工程概況

萬家寨水電站位于黃河北干流托克托至龍口河段峽谷內(nèi)，左岸隸屬山西省偏關(guān)縣,右岸隸屬內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗。水庫總庫容8.96 億m3,調(diào)節(jié)庫容4.45 億m3。電站共安裝6 臺(tái)單機(jī)容量180 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1 080 MW，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量27.5 億kW·h。1998 年11 月首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，2000 年6 臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。

萬家寨水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)于2013～2014 年進(jìn)行改造，改造后的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了南京南瑞生產(chǎn)的分層分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由廠站層系統(tǒng)（上位機(jī)）和現(xiàn)地控制單元系統(tǒng)（下位機(jī)）組成，廠站層系統(tǒng)和現(xiàn)地控制單元各子系統(tǒng)采用雙星型光纖以太網(wǎng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。上位機(jī)主要包含計(jì)算機(jī)服務(wù)器（工作站）、UPS 系統(tǒng)和時(shí)鐘同步系統(tǒng)，采用NC2000 應(yīng)用系統(tǒng)，下位機(jī)包括6 套機(jī)組現(xiàn)地控制單元、1 套220 kV 開關(guān)站現(xiàn)地控制單元、1 套公用現(xiàn)地控制單元，均采用SJ-600 型單元監(jiān)控裝置。模擬開停機(jī)試驗(yàn)是檢驗(yàn)機(jī)組現(xiàn)地控制單元能否正常投運(yùn)的重要步驟。

2 試驗(yàn)條件

模擬開停機(jī)試驗(yàn)前，需將監(jiān)控系統(tǒng)上電，并做好安全措施，以滿足無水工況下試驗(yàn)的條件。試驗(yàn)前需執(zhí)行的安全措施有：落機(jī)組進(jìn)水口快速閘門至全關(guān)，并做防提措施；全開機(jī)組蝸殼放空閥，排空蝸殼積水；全關(guān)技術(shù)供水蝸殼取水閥，防止技術(shù)供水反送至蝸殼；發(fā)電機(jī)風(fēng)洞及水車室轉(zhuǎn)動(dòng)部分無人工作。試驗(yàn)時(shí)發(fā)變組一次設(shè)備需在檢修態(tài)，并將技術(shù)供水系統(tǒng)、水導(dǎo)外循環(huán)泵控制系統(tǒng)、頂蓋排水控制系統(tǒng)、機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)速器及油壓裝置恢復(fù)運(yùn)行，同時(shí)投入主軸密封水。為使開機(jī)條件滿足，還需將發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)上電。

3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

模擬開停機(jī)試驗(yàn)一般在監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)專用調(diào)試筆記本、頻率信號(hào)發(fā)生器、多功能信號(hào)校準(zhǔn)儀、磁鐵等。調(diào)試筆記本接入現(xiàn)地交換機(jī)，用于聯(lián)機(jī)監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)上、下位機(jī)相關(guān)信息；頻率信號(hào)發(fā)生器分別接入監(jiān)控下位機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置和調(diào)速器電氣柜測(cè)速回路，用于模擬機(jī)組轉(zhuǎn)速；多功能信號(hào)校準(zhǔn)儀接入溫度量回路，用于模擬現(xiàn)場(chǎng)上導(dǎo)、推力、水導(dǎo)等軸承瓦溫；磁鐵作用于壓力油罐和回油箱磁翻板液位計(jì)上安裝的磁性液位開關(guān)，用于模擬油罐和回油箱油位信號(hào)。

試驗(yàn)開始前，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，確保水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分無人工作?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)電機(jī)風(fēng)洞，確認(rèn)無人工作后，將風(fēng)洞門上鎖；同時(shí)檢查水車室，確認(rèn)無人工作后，在水車室門口設(shè)置“禁止進(jìn)入”警示牌。另外，檢查調(diào)速器、技術(shù)供水、機(jī)械制動(dòng)等系統(tǒng)狀態(tài)及監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)信號(hào)，確保相關(guān)系統(tǒng)均已恢復(fù)運(yùn)行且上送監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)均正確。

試驗(yàn)開始前，需使機(jī)組開機(jī)條件滿足。機(jī)組開機(jī)條件主要有：①發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、主變高壓側(cè)開關(guān)至少有一個(gè)在分位；②發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘在合位；③快速閘門不在全關(guān)；④機(jī)組導(dǎo)葉在全關(guān)；⑤接力器鎖錠投入；⑥壓力油罐隔離閥在關(guān)；⑦主軸密封水投入；⑧油壓裝置電源正常；⑨發(fā)電機(jī)出口開關(guān)操作電源正常；⑩監(jiān)控系統(tǒng)水機(jī)回路電源正常；?水導(dǎo)外循環(huán)泵電源正常；?調(diào)速器電氣柜電源正常；?勵(lì)磁系統(tǒng)電源正常；?發(fā)變組保護(hù)裝置電源正常；?機(jī)組無事故。以上條件全部滿足后方可開機(jī)。

模擬開停機(jī)試驗(yàn)與機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的工況不一樣，因發(fā)變組一次設(shè)備在檢修態(tài)，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、主變高壓側(cè)開關(guān)、發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘均在分位，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)操作電源未投，故需短接“模擬開停機(jī)試驗(yàn)標(biāo)志”信號(hào)，或通過調(diào)試筆記本聯(lián)機(jī)PLC將該信號(hào)由0 強(qiáng)制為1，跳過一次設(shè)備狀態(tài)的判斷。另外需將“快速閘門全關(guān)”信號(hào)接線拆除，或?qū)⒃撔盘?hào)由1 強(qiáng)制為0，方可使機(jī)組開機(jī)條件滿足。

開機(jī)流程的執(zhí)行還要求機(jī)組在停機(jī)態(tài)。停機(jī)態(tài)的邏輯為：發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、主變高壓側(cè)開關(guān)至少有一個(gè)在分位，且發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)刀閘在合位、機(jī)組轉(zhuǎn)速小于1%Ne、機(jī)端電壓小于10%Ue、機(jī)組檢修標(biāo)記在退。由于機(jī)組檢修時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)刀閘在分、檢修標(biāo)記在投，故需將“發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)刀閘合閘位置”由0 強(qiáng)制為1，并在監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)將“機(jī)組檢修標(biāo)記”退出，機(jī)組狀態(tài)才能轉(zhuǎn)為停機(jī)態(tài)。

為防止檢修過程中監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)狀態(tài)的變化導(dǎo)致PLC 誤開出，機(jī)組檢修時(shí)會(huì)將“調(diào)試”鍵按下。而模擬開停機(jī)試驗(yàn)時(shí)，需執(zhí)行機(jī)組開停機(jī)流程，對(duì)各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行控制，所以在確認(rèn)機(jī)組轉(zhuǎn)為停機(jī)態(tài)后將“調(diào)試”鍵彈起，開放控制輸出，以保證流程的正常執(zhí)行。

4 試驗(yàn)項(xiàng)目和方法

4.1 正常開停機(jī)流程試驗(yàn)

（1）監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)開停機(jī)流程如圖1 所示，模擬開停機(jī)試驗(yàn)時(shí)開機(jī)流程只執(zhí)行“停機(jī)至空轉(zhuǎn)”部分流程，停機(jī)流程中只執(zhí)行“空轉(zhuǎn)至停機(jī)”部分流程。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)開停機(jī)流程

（2）正常開停機(jī)試驗(yàn)方法：

1）將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)控制把手切至現(xiàn)地，在觸摸屏上執(zhí)行“空轉(zhuǎn)”操作，檢查流程是否被正確調(diào)用，檢查技術(shù)供水、油壓裝置、水導(dǎo)外循環(huán)泵、機(jī)械制動(dòng)、接力器鎖錠、調(diào)速器系統(tǒng)等信號(hào)動(dòng)作是否正確，待機(jī)組導(dǎo)葉開啟后，用頻率信號(hào)發(fā)生器模擬機(jī)組轉(zhuǎn)速至額定值，將機(jī)組“開”至空轉(zhuǎn)態(tài)。然后現(xiàn)場(chǎng)檢查各系統(tǒng)是否運(yùn)行正常，相關(guān)信號(hào)是否上送正常，水、油系統(tǒng)是否有跑冒滴漏等異?，F(xiàn)象。

2）確認(rèn)各系統(tǒng)運(yùn)行正常后，在觸摸屏上執(zhí)行“停機(jī)”操作，檢查流程是否被正確調(diào)用，當(dāng)導(dǎo)葉全關(guān)后，模擬機(jī)組轉(zhuǎn)速緩慢降至零，檢查各系統(tǒng)運(yùn)行情況。

3）機(jī)組到停機(jī)態(tài)后，將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)控制把手切至遠(yuǎn)方，在上位機(jī)依次執(zhí)行“空轉(zhuǎn)”、“停機(jī)”操作，檢查對(duì)應(yīng)流程執(zhí)行是否正常。

4.2 事故停機(jī)流程試驗(yàn)

事故停機(jī)流程是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)PLC中的自啟動(dòng)流程，當(dāng)PLC 檢測(cè)到有事故停機(jī)信號(hào)動(dòng)作時(shí)，相應(yīng)事故停機(jī)流程會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，及時(shí)將機(jī)組停機(jī)，避免事故的擴(kuò)大。事故停機(jī)流程有3 類，分別是電氣事故停機(jī)流程、機(jī)械事故停機(jī)流程和緊急事故停機(jī)流程，每類事故停機(jī)流程的啟動(dòng)源不同，流程動(dòng)作的結(jié)果也不同。通過模擬機(jī)組各事故停機(jī)信號(hào)，檢查相應(yīng)事故停機(jī)流程自啟動(dòng)功能是否完備，以及流程是否執(zhí)行正確。

（1）各事故停機(jī)流程區(qū)別

1）電氣事故停機(jī)流程是指發(fā)生電氣事故時(shí)啟動(dòng)的事故停機(jī)流程，流程動(dòng)作結(jié)果是跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、跳滅磁開關(guān)，投停機(jī)電磁閥，發(fā)調(diào)速器停機(jī)令，發(fā)勵(lì)磁停機(jī)令，然后執(zhí)行相關(guān)停機(jī)流程[2]。

2）機(jī)械事故停機(jī)流程是指發(fā)生機(jī)械事故時(shí)啟動(dòng)的事故停機(jī)流程，流程動(dòng)作結(jié)果是先投停機(jī)電磁閥、發(fā)調(diào)速器停機(jī)令進(jìn)行減負(fù)荷，待負(fù)荷降至跳閘范圍內(nèi)或到限定時(shí)間時(shí)，跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、跳滅磁開關(guān)、發(fā)勵(lì)磁停機(jī)令，然后再執(zhí)行相關(guān)停機(jī)流程[2]。

3）緊急事故停機(jī)流程是指發(fā)生緊急事故時(shí)啟動(dòng)的事故停機(jī)流程，流程動(dòng)作結(jié)果比電氣事故停機(jī)流程多兩步：關(guān)機(jī)組進(jìn)水口快速閘門、發(fā)水機(jī)事故令至發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置。

以上3 種事故停機(jī)流程中，緊急事故停機(jī)流程優(yōu)先級(jí)最高，機(jī)械事故停機(jī)流程優(yōu)先級(jí)最低，也就是執(zhí)行機(jī)械事故停機(jī)流程時(shí)，如果發(fā)生電氣事故，會(huì)終止機(jī)械事故停機(jī)流程，然后啟動(dòng)電氣事故停機(jī)流程；如果發(fā)生緊急事故，會(huì)終止電氣事故停機(jī)流程和機(jī)械事故停機(jī)流程，然后啟動(dòng)緊急事故停機(jī)流程。

（2）各事故停機(jī)啟動(dòng)源

表1～表3 分別列出了各事故停機(jī)流程啟動(dòng)源，其中表2 中“發(fā)電機(jī)保護(hù)電氣事故停機(jī)令”主要是發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、定子接地3U0 保護(hù)、低壓記憶過流保護(hù)、定子匝間保護(hù)、勵(lì)磁變速斷保護(hù)、勵(lì)磁變過流保護(hù)等動(dòng)作后影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的事故。

表1 機(jī)械事故停機(jī)啟動(dòng)源

表2 電氣事故停機(jī)啟動(dòng)源

表3 緊急事故停機(jī)啟動(dòng)源

（3）事故停機(jī)流程試驗(yàn)方法

電氣事故停機(jī)流程試驗(yàn)時(shí)，在發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置投上停機(jī)出口連片后，進(jìn)行相關(guān)保護(hù)傳動(dòng)即可。

機(jī)械事故停機(jī)流程及緊急事故停機(jī)流程試驗(yàn)時(shí)，能實(shí)際動(dòng)作設(shè)備的動(dòng)作設(shè)備、不能動(dòng)作設(shè)備的在信號(hào)源頭模擬。其中，按鈕信號(hào)可通過直接按下按鈕試驗(yàn)，油位信號(hào)可用磁鐵滑動(dòng)磁翻板液位計(jì)上對(duì)應(yīng)磁性液位開關(guān)進(jìn)行模擬，溫度信號(hào)用多功能信號(hào)校準(zhǔn)儀輸出電阻進(jìn)行模擬。

試驗(yàn)時(shí)各事故停機(jī)流程僅需完整執(zhí)行一次，檢查其動(dòng)作結(jié)果是否正確；而各事故停機(jī)啟動(dòng)源必須逐一進(jìn)行試驗(yàn)，在流程啟動(dòng)后檢查各啟動(dòng)源所啟動(dòng)的事故停機(jī)流程是否正確，然后便可將流程終止。

4.3 水機(jī)保護(hù)回路試驗(yàn)

萬家寨水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)中配置了用于水力機(jī)械事故保護(hù)的簡(jiǎn)化的獨(dú)立繼電器回路（水機(jī)保護(hù)回路），其電源、輸入信號(hào)均與下位機(jī)相獨(dú)立。在發(fā)生重要的水機(jī)事故或現(xiàn)地控制單元冗余系統(tǒng)全部故障或工作電源全部消失時(shí)，水機(jī)保護(hù)回路可實(shí)現(xiàn)機(jī)組的停機(jī)控制[3]。

表4 列出了水機(jī)保護(hù)回路的事故啟動(dòng)源，當(dāng)LCU 事故停機(jī)按鈕動(dòng)作或中控室事故停機(jī)按鈕動(dòng)作時(shí)，水機(jī)保護(hù)回路動(dòng)作結(jié)果為跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、跳滅磁開關(guān)、投停機(jī)電磁閥、發(fā)調(diào)速器停機(jī)令以及發(fā)勵(lì)磁停機(jī)令。當(dāng)LCU 緊急停機(jī)按鈕動(dòng)作、中控室緊急停機(jī)按鈕動(dòng)作或者機(jī)械飛擺動(dòng)作時(shí)，除上述動(dòng)作結(jié)果外，水機(jī)保護(hù)回路還將關(guān)機(jī)組進(jìn)水口快速閘門。

表4 水機(jī)保護(hù)回路事故啟動(dòng)源

水機(jī)保護(hù)回路試驗(yàn)時(shí)，需將監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)切至“調(diào)試態(tài)”，或?qū)⑾挛粰C(jī)交直流電源全部斷開、僅保留水機(jī)保護(hù)回路電源，檢查相關(guān)事故停機(jī)啟動(dòng)源動(dòng)作時(shí)，水機(jī)保護(hù)回路動(dòng)作結(jié)果是否正確。

5 結(jié)語

為檢驗(yàn)檢修后的監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，需進(jìn)行全面的模擬開停機(jī)試驗(yàn)。通過試驗(yàn)，檢驗(yàn)并確認(rèn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地及遠(yuǎn)方指令下發(fā)正確，停機(jī)至空轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)至停機(jī)流程執(zhí)行正確，機(jī)組水、油、機(jī)械制動(dòng)、調(diào)速器等系統(tǒng)運(yùn)行正常，各事故停機(jī)啟動(dòng)源動(dòng)作信號(hào)上送正確，相應(yīng)事故停機(jī)流程執(zhí)行正確，水機(jī)保護(hù)回路動(dòng)作正確。準(zhǔn)確、充分的模擬開停機(jī)試驗(yàn)，可確保計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠投運(yùn)，也為檢修后機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)的順利開展做好準(zhǔn)備。