黃金坪水電站右岸廠房機組二級過速原因分析與處理

王建

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司,四川康定,626001)

1 工程概況

黃金坪水電站位于甘孜藏族自治州康定縣黃金坪鄉(xiāng)境內(nèi),為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦二十二級方案的第十一級電站,上游接長河壩水電站,下游接瀘定水電站[1-2]。

黃金坪水庫正常蓄水位1476.00m,死水位1472.00m,具有日調(diào)節(jié)能力[2]。電站總裝機容量850MW,采用左岸大廠房、右岸小廠房的兩個地下廠房開發(fā)布置方式。其中左岸大廠房總裝機容量800MW,從水庫左岸引水發(fā)電,主要任務是發(fā)電;右岸小廠房總裝機容量50MW,從水庫右岸引水發(fā)電,主要任務是承擔電站脫水段(壩址～左岸大廠房尾水段間)環(huán)保供水[2]。

黃金坪水電站左岸大廠房裝有4臺20萬kW的水輪發(fā)電機組,每兩臺機組組成一個水力單元,即1#和2#機及其引水發(fā)電系統(tǒng)組成一號水力單元,3#和4#機及其引水發(fā)電系統(tǒng)組成二號水力單元。每個水力單元采用“一引水管、一上游調(diào)壓室、兩臺機、一尾水閘門室、一尾水洞”的布置格局。左岸四臺機組送出均采用“一機一變”單元接線方式,并入500kV康定變電站。右岸小廠房引水系統(tǒng)為一條直徑φ7.0m的壓力鋼管,分岔后分別引至5#、6#兩臺機組,兩臺機組共用一個尾水調(diào)壓室和一條尾水洞。右岸兩臺機組送出采用“一機一變”單元接線方式,由主變升壓至110kV后,采用擴大單元接線方式,通過110kV黃內(nèi)線接入左岸4#主變升壓至500kV后接入系統(tǒng)。

2 事故簡要過程

2017年12月12日,黃金坪1#主變C修轉檢修操作中,因500kV GIS系統(tǒng)中5003斷路器設備故障,導致500kV 1#/2#主變小區(qū)保護A、B套動作,3#/4#主變小區(qū)保護A、B套動作,使得黃康線2#開關5002跳閘,3#機出口開關、滅磁開關跳閘,3#機甩負荷后轉空轉態(tài);4#機出口開關、滅磁開關跳閘,4#機甩負荷后轉空轉態(tài);右岸小廠房內(nèi)的5#、6#機因110kV黃內(nèi)線104斷路器跳閘,導致5#、6#主變壓器高壓側110kV斷路器105、106及5#、6#兩臺發(fā)電機出口10.5kV斷路器相繼跳閘,滅磁開關合位,右岸廠房5#、6#機組二級過速,觸發(fā)二級過速保護動作停機。

3 事故前運行工況

(1)系統(tǒng):500kV黃康線運行,5002開關運行,5001開關熱備用,5003開關分位、50031隔離刀閘合位,50032隔離刀閘分位,110kV黃內(nèi)線運行。

(2)機組:1#機組檢修態(tài),2#機組帶主變空載運行;3#-6#發(fā)電態(tài)運行,3#機負荷131MW,4#機負荷130MW,5#機負荷23.3MW,6#機負荷22.6MW,全廠送出負荷300MW。

4 故障分析

該起事故屬于典型的由于500kV GIS系統(tǒng)故障,導致機組甩負荷與系統(tǒng)解列事故,但是正常情況下,機組甩負荷后進入過渡調(diào)節(jié)過程,機組轉速會升高但一般不應該觸發(fā)二級過速保護動作。理論研究表明,適當?shù)剡x擇分段關閉拐點的位置及第一段、第二段關閉的速度,可以達到降低轉速升高率和壓力升高率的目的[3]。對水輪機兩段關閉的事故甩負荷動態(tài)數(shù)字仿真計算,影響轉速上升率βmax和水壓上升率ζmax的因素有三個,即第一段關閉速度T1、第二段關閉速度T2及關閉曲線拐點位置[4]。因此,懷疑調(diào)速器調(diào)節(jié)特性未嚴格按照設計關閉特性進行整定是導致機組二級過速的主要原因,因而通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)取過速狀態(tài)下導葉開度曲線和轉速曲線,并進行分析,得到兩臺機組過速狀態(tài)下的第一段關閉時間和第二段關閉時間,然后與導葉設計關閉規(guī)律進行比對分析。

5 導葉實際關閉特性與設計定值比對分析

5.1 設計院確定的導葉關閉曲線

導葉采用兩段關閉,第一段關閉時長5s(從100%關到40%),第二段關閉時長11s(從40%關到0)拐點在接力器40%行程處,總時長16s[5]。導葉分段關閉曲線如圖1所示。

圖1 導葉分段關閉曲線

5.2 過速狀態(tài)下導葉實際關閉特性

由計算機監(jiān)控系統(tǒng)查詢可知:右岸廠房5#、6#兩臺機組都是從14∶34∶49開始過速,至14∶34∶55二級過速保護動作停機,歷時6s,為了方便與設計曲線比對分析,將機組過渡調(diào)節(jié)過程中有關參數(shù)列表如表1。

表1 機組過速前后特征參數(shù)分析

經(jīng)表1對比發(fā)現(xiàn),兩臺機過速時導葉的關閉規(guī)律均不符合設計院確定的關閉規(guī)律要求,并且在第一段關閉過程中,機組轉速就已經(jīng)觸發(fā)二級過速保護動作值,驗證了調(diào)速器實際關閉特性不滿足設計院下發(fā)的定值要求,是導致機組甩負荷過速的主要原因。

6 機組調(diào)節(jié)保證計算成果核實情況

6.1 主機廠過渡過程調(diào)節(jié)計算成果

導葉關閉規(guī)律采用2段關閉,第1段關閉時間為3.8s,關至接力器行程的38%,接力器總關閉時間為13s[6]。采用上述導葉關閉規(guī)律進行過渡過程計算,在發(fā)電機GD2(轉動慣量)不小于850t·m2條件下,在水輪機全部運行范圍內(nèi),兩臺機同時甩滿負荷時,最不利的工況下,機組最大轉速上升率為50%,蝸殼最大壓力上升值為92.5m,尾水管最大真空值為3.8m[6]。

6.2 設計規(guī)范對調(diào)節(jié)保證計算的要求

依據(jù)《水力發(fā)電廠機電設計規(guī)范》(DL/T 5186-2004)[7]:

第4.3.4條:“機組甩負荷時的最大轉速升高率保證值,按以下不同情況選取:當機組容量占系統(tǒng)工作總容量比重不大,或不擔負調(diào)頻時,宜小于60%。”

第4.3.5條:“機組甩負荷的蝸殼最大壓力升高率保證值,按以下不同情況選取:額定水頭為40m～100m時,宜為50%～30%,并應按計算值留有適當裕度確定。”

第4.3.8條:“甩負荷時,尾水管進口斷面的最大真空保證值應不大于0.08MPa?！?/p>

7 結論與處理結果

通過復核主機廠機組過度調(diào)節(jié)過程計算成果與設計規(guī)范要求,確定機組特性(轉動慣量)與調(diào)節(jié)保證計算成果均符合設計規(guī)范要求,排除了因機組轉動慣量不滿足過渡調(diào)節(jié)過程而導致二級過速的可能性。電廠按照設計出具的導葉關閉規(guī)律定值對調(diào)速器的關機時間進行了重新整定,并經(jīng)甩負荷試驗驗證,機組蝸殼壓力上升率和轉速上升率均符合設計要求,處理方法正確,徹底解決了機組甩負荷二級過速的缺陷。