抽水蓄能電站推力外循環(huán)系統(tǒng)故障分析

宋 濤

(江蘇國(guó)信溧陽(yáng)抽水蓄能發(fā)電有限公司,江蘇溧陽(yáng) 213334)

0 引言

某抽水蓄能電站安裝6臺(tái)單機(jī)容量為250MW的可逆式發(fā)電電動(dòng)機(jī)組,總裝機(jī)容量1500MW。電站以500kV一級(jí)電壓、兩回出線接入電網(wǎng),單回線路長(zhǎng)約37.5km。電站承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、事故備用、調(diào)頻、調(diào)相等任務(wù)。自投產(chǎn)以來(lái),機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定,啟動(dòng)成功率、等效可用系數(shù)、綜合轉(zhuǎn)換效率等各項(xiàng)指標(biāo)良好。電站正常情況運(yùn)行方式為一抽兩發(fā),在迎峰度夏期間為頂早晚高峰,運(yùn)行方式最大達(dá)到了兩抽三發(fā)。機(jī)組啟停頻繁,運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),推力外循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于機(jī)組可靠性指標(biāo)十分重要。

1 推力外循環(huán)系統(tǒng)

1.1 推力外循環(huán)系統(tǒng)組成

抽水蓄能電站推力外循環(huán)冷卻系統(tǒng)一般采用強(qiáng)迫外循環(huán)水冷的方式,由兩臺(tái)循環(huán)油泵、油過(guò)濾器、兩臺(tái)冷卻器、管路及自動(dòng)化元件等組成。由循環(huán)油泵和管路系統(tǒng)以及水冷卻器實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻,冷卻后的潤(rùn)滑油送入油槽對(duì)軸承進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑。推力外循環(huán)系統(tǒng)推力軸承外循環(huán)路徑為(以油泵為起止點(diǎn)):油泵-壓力開(kāi)關(guān)-油過(guò)濾器-水冷卻器-油槽-推力軸承-油泵,見(jiàn)圖1。

圖1 推力外循環(huán)機(jī)械部分系統(tǒng)圖

圖2 推力外循環(huán)油泵二次控制圖

圖3 推力外循環(huán)油泵接線圖

2.2 推力外循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行方式

推力外循環(huán)兩臺(tái)油泵控制方式有“自動(dòng)”、“手動(dòng)”和“切除”三種,正常情況下兩臺(tái)油泵控制方式切至“自動(dòng)”位置,并且一臺(tái)主用一臺(tái)備用,主備用油泵可自動(dòng)切換,切換周期為1次。自動(dòng)方式下,循環(huán)油泵接受機(jī)組輔助控制柜的啟動(dòng)和停止命令。油泵的啟動(dòng)方式采用變頻啟動(dòng),此方式下啟動(dòng)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生沖擊力拒,能夠使電機(jī)平滑啟動(dòng)。

2.3 推力外循環(huán)控制邏輯

機(jī)組從停機(jī)態(tài)向停機(jī)熱備流程執(zhí)行過(guò)程中,機(jī)組現(xiàn)地監(jiān)控柜開(kāi)出“機(jī)組啟動(dòng)信號(hào)”送至機(jī)組輔助控制柜。輔助控制柜PLC內(nèi)部程序判斷:(1)油泵具備啟動(dòng)條件。(2)油泵控制方式在“自動(dòng)”,判斷成功后,推力外循環(huán)啟動(dòng)柜收到來(lái)自機(jī)組輔助控制柜的油泵啟動(dòng)命令,并且無(wú)油泵停止命令,變頻裝置啟動(dòng)運(yùn)行,啟動(dòng)成功后,變頻裝置將循環(huán)油泵啟動(dòng)信號(hào)反饋至機(jī)組輔助控制柜和監(jiān)控。

油泵啟動(dòng)條件具備需同時(shí)滿足以下三個(gè)條件:(1)變頻裝置沒(méi)有熱過(guò)載故障。(2)變頻裝置沒(méi)有報(bào)警信號(hào)。(3)電源監(jiān)視繼電器沒(méi)有動(dòng)作。

2.4 推力外循環(huán)油泵壓力低停泵邏輯

推力外循環(huán)油泵出口安裝有壓力開(kāi)關(guān),用來(lái)監(jiān)視油泵出口壓力并參與油泵控制,當(dāng)油管路壓力低于0.6MPa時(shí),壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作,并將“壓力低”信號(hào)送至機(jī)組輔助控制柜PLC。推力外循環(huán)系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下(兩臺(tái)循環(huán)油泵控制方式在自動(dòng)位置且具備啟動(dòng)條件),機(jī)組輔助控制柜收到“機(jī)組啟動(dòng)”信號(hào)后,開(kāi)出“推力外循環(huán)主用泵啟動(dòng)”命令,推力外循環(huán)主用泵啟動(dòng)且無(wú)壓力低信號(hào),機(jī)組輔助控制柜再開(kāi)出“推力外循環(huán)備用泵停止”命令,閉鎖備用泵啟動(dòng)。當(dāng)主用泵運(yùn)行過(guò)程中,壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作,機(jī)組輔助控制柜PLC收到“壓力低信號(hào)”后,延時(shí)5s,開(kāi)出“推力外循環(huán)主用泵停止”命令,同時(shí)開(kāi)出“推力外循環(huán)備用泵啟動(dòng)”命令,主用泵停止運(yùn)行,備用泵啟動(dòng)。

3 推力外循環(huán)系統(tǒng)故障及原因分析

工作中一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中上位機(jī)收到推力外循環(huán)2號(hào)泵運(yùn)行復(fù)歸信號(hào),1號(hào)泵未啟動(dòng),機(jī)組延時(shí)停機(jī),上位機(jī)監(jiān)控報(bào)文見(jiàn)表1,機(jī)組停機(jī)啟動(dòng)源見(jiàn)表2。

表1 故障發(fā)生時(shí)的報(bào)文

表2 機(jī)組停機(jī)啟動(dòng)源

根據(jù)表1、表2可見(jiàn)上位機(jī)報(bào)“3號(hào)機(jī)組推力外循環(huán)2號(hào)泵啟動(dòng)復(fù)歸”,40s后3號(hào)機(jī)組停機(jī),因此判斷推力外循環(huán)1號(hào)及2號(hào)泵未運(yùn)行是機(jī)組延時(shí)停機(jī)的直接原因。油泵出口壓力曲線如圖4所示。

圖4 故障發(fā)生時(shí)推力外循環(huán)油泵出口壓力曲線

從圖4中可以看出,3號(hào)機(jī)組推力外循環(huán)2號(hào)油泵自00:45開(kāi)機(jī)運(yùn)行至02:30,油泵出口壓力并未出現(xiàn)明顯下降情況(2.7MPa),初步懷疑推力外循環(huán)2號(hào)泵并未停止運(yùn)行。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,當(dāng)上位機(jī)收到推力外循環(huán)2號(hào)泵運(yùn)行復(fù)歸信號(hào)時(shí)該泵實(shí)際仍在運(yùn)行,而推力外循環(huán)1號(hào)泵(備用泵)因不滿足“油泵出口壓力低于0.6MPa”這一條件而未啟動(dòng)。后續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)推力外循環(huán)2號(hào)泵的變頻裝置轉(zhuǎn)速在700～900r/min之間波動(dòng),造成油泵啟動(dòng)信號(hào)復(fù)歸,實(shí)際油泵未停止運(yùn)行。通過(guò)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)變頻裝置轉(zhuǎn)速達(dá)到900r/min時(shí)開(kāi)出“油泵啟動(dòng)”,轉(zhuǎn)速下降至850r/min以下開(kāi)出“油泵啟動(dòng)復(fù)歸”信號(hào)。由此可以判斷故障點(diǎn)為2號(hào)油泵變頻裝置內(nèi)部故障。

4 處理措施及后續(xù)運(yùn)行情況

故障出現(xiàn)立即到現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)推力外循環(huán)1號(hào)和2號(hào)油泵能否正常啟動(dòng),同時(shí)監(jiān)視機(jī)組正常停機(jī)到穩(wěn)態(tài),并將3號(hào)機(jī)組優(yōu)先權(quán)置最后作為備用機(jī)組。手動(dòng)啟動(dòng)推力外循環(huán)1號(hào)和2號(hào)油泵正常,將推力外循環(huán)油泵優(yōu)先權(quán)強(qiáng)制置“1號(hào)泵主用”,將2號(hào)泵作為備用泵,確保機(jī)組可用。經(jīng)更換變頻裝置推力外循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)正常,后續(xù)更改完善PLC邏輯程序,并將變頻裝置故障信號(hào)、油泵啟動(dòng)失敗信號(hào)及油泵出口壓力低信號(hào)遠(yuǎn)傳至上位機(jī),便于監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和快速判斷故障范圍。

5 改進(jìn)措施

5.1 完善推力外循環(huán)油泵啟停邏輯

推力外循環(huán)系統(tǒng)PLC邏輯優(yōu)化情況如下:(1)輔助控制柜開(kāi)出油泵啟動(dòng)令,延時(shí)20s未收到主用泵運(yùn)行信號(hào)(正常啟動(dòng)成功時(shí)間為18s),則開(kāi)出“主用泵啟動(dòng)失敗信號(hào)”,啟動(dòng)備用泵。(2)主用泵在運(yùn)行過(guò)程中,PLC收到“油泵出口壓力低信號(hào)”,延時(shí)5s后開(kāi)出“油泵出口壓力低報(bào)警信號(hào)”,啟動(dòng)備用泵。(3)主用泵運(yùn)行過(guò)程中,主用泵運(yùn)行信號(hào)丟失,立即啟動(dòng)備用泵,收到備用泵啟動(dòng)成功信號(hào)后,延時(shí)停主用泵。

5.2 完善監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集

對(duì)抽水蓄能電站輔助設(shè)備和公用設(shè)備本體上的報(bào)警信息進(jìn)行梳理,將一些關(guān)鍵設(shè)備的報(bào)警信息送至監(jiān)控,以便中控室監(jiān)盤(pán)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警,及時(shí)采取措施避免機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生解列等異常情況。

5.3 避免機(jī)組帶風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行

機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中報(bào)油泵故障或壓力低停泵啟動(dòng)備用泵運(yùn)行時(shí),若全廠有備用機(jī)組可用的情況下,可在機(jī)組并網(wǎng)前將該機(jī)組停機(jī),啟動(dòng)備用機(jī)組滿足負(fù)荷計(jì)劃的要求,避免推力外循環(huán)系統(tǒng)或其它系統(tǒng)單泵運(yùn)行增加機(jī)組運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

5.3 嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備傳動(dòng)及試運(yùn)轉(zhuǎn)管理制度

機(jī)組檢修工作完成后,對(duì)機(jī)組具備冗余配置的設(shè)備進(jìn)行主備用切換試驗(yàn),確保各主用設(shè)備故障時(shí),備用設(shè)備能在規(guī)定延時(shí)內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)成功,避免機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中,主用設(shè)備故障或異常停止,備用設(shè)備未啟動(dòng)造成機(jī)組解列的情況發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

抽水蓄能電站承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰填谷和緊急備用以及消納新能源、區(qū)外來(lái)電的重要任務(wù),機(jī)組啟停頻繁,運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),對(duì)機(jī)組輔助系統(tǒng)設(shè)備提出了更高要求,因此我們需要加強(qiáng)對(duì)輔助系統(tǒng)設(shè)備的日常巡視及狀態(tài)分析,舉一反三,由點(diǎn)到面加強(qiáng)設(shè)備的狀態(tài)管理,提高設(shè)備健康水平,保障電站長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。