某電廠機(jī)組事故停機(jī)失敗分析與處理

胡振宇

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410000）

0 引言

水機(jī)保護(hù)通過監(jiān)測水輪機(jī)組運(yùn)行過程中軸瓦溫度、主軸密封水流量、機(jī)組轉(zhuǎn)速、機(jī)組振動擺度、剪斷銷狀態(tài)等非電氣量的變化來實(shí)現(xiàn)機(jī)組事故停機(jī)的一種保護(hù)，是保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的一道屏障。它的可靠動作能防止事故擴(kuò)大，把設(shè)備的損害程度降至最低[1，2]。

水機(jī)保護(hù)動作后果一般設(shè)置為事故停機(jī)和緊急事故停機(jī)兩種。事故停機(jī)是指機(jī)組發(fā)生水力機(jī)械事故時(shí)，立即投入緊急停機(jī)電磁閥，快速關(guān)閉導(dǎo)葉至全關(guān)位置，減有功、無功至空載，然后跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、滅磁開關(guān)、停機(jī)的過程。通常由軸瓦溫度高、振擺過大、主軸密封水中斷等情況觸發(fā)。緊急事故停機(jī)是指機(jī)組發(fā)生水力機(jī)械緊急事故時(shí)，立即關(guān)閉進(jìn)水口閘門（蝶閥）或落重錘，動作事故配壓閥快速關(guān)閉導(dǎo)葉至全關(guān)位置，跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、滅磁開關(guān)、停機(jī)的過程。其通常由機(jī)組大幅過速、調(diào)速器油壓或油位過低、事故停機(jī)時(shí)剪斷銷剪斷、機(jī)組小幅過速且主配拒動等情況觸發(fā)。

本文以某電廠機(jī)組主軸密封水中斷，水機(jī)保護(hù)動作，但事故停機(jī)失敗事件為例，分析事件發(fā)生的原因，總結(jié)事件過程中暴露的問題，并針對性地提出改進(jìn)措施。

1 事件經(jīng)過

某電廠機(jī)組裝機(jī)容量為2×15 MW，混流式機(jī)組，擴(kuò)大單元接線，日常值班模式為無人值守、遠(yuǎn)程集控，電廠生活區(qū)距廠房約10 min車程。長期運(yùn)行，元器件老化、機(jī)械磨損、管路銹蝕堵塞，難免會出現(xiàn)一些機(jī)械故障，該電廠發(fā)生了一起主軸密封水中斷，水機(jī)保護(hù)停機(jī)超時(shí)事件[3，4]。

事件發(fā)生時(shí)1號機(jī)、2號機(jī)各帶13 MW負(fù)荷運(yùn)行，上位機(jī)報(bào)“F1主軸密封水示流 中斷”、“F1冷卻水已投入 復(fù)歸”、“F1水力機(jī)械事故 動作”、“F1主軸密封水中斷（事故停機(jī)） 動作”、“F1事故停機(jī)流程 啟動”、“F1事故停機(jī)流程第一步運(yùn)行 動作”、“F1停機(jī)令至調(diào)速器（開出） 動作”，觀察1號機(jī)有功功率緩慢減小，但“F1調(diào)速器增給定（開出） 動作/復(fù)歸”反復(fù)刷屏，60 s后，1號機(jī)有功功率從12.2 MW減至10.5 MW，無功功率由1.6 Mvar減至0 Mvar，同時(shí)“F1調(diào)速器停機(jī)異常 動作”“F1事故停機(jī)流程第一步超時(shí)報(bào)警 動作”。

集控運(yùn)行人員查看1號機(jī)技術(shù)供水水力控制閥、主用主軸密封水電磁閥均為開啟狀態(tài)，水導(dǎo)、推力、下導(dǎo)軸承冷卻水示流均正常（上位機(jī)無主軸密封水流量和壓力模擬量），推測可能原因?yàn)橹鬏S密封水示流計(jì)故障或水管堵塞，立即通知電廠現(xiàn)場檢查。但因電廠生活區(qū)距廠房較遠(yuǎn)，短時(shí)無法核實(shí)，集控運(yùn)行人員立即在上位機(jī)開啟1號機(jī)備用主軸密封水電磁閥，主軸密封水示流中斷報(bào)警復(fù)歸。電廠運(yùn)行人員到達(dá)現(xiàn)場檢查主軸密封水已恢復(fù)正常，頂蓋水位正常，為防止主軸密封水短時(shí)中斷可能導(dǎo)致主軸密封損壞，電廠決定停機(jī)檢查。

2 原因分析

2.1 水力機(jī)械事故保護(hù)動作原因分析

機(jī)組主軸密封水中斷事故停機(jī)判定條件為：非機(jī)組停機(jī)狀態(tài)&主軸密封水進(jìn)水管壓力下限&主軸密封水示流復(fù)歸&延時(shí)8 s。當(dāng)時(shí)、1號機(jī)在運(yùn)行態(tài)，且主軸密封水進(jìn)水管壓力下限、主軸密封水示流復(fù)歸均滿足，所以延時(shí)8 s后觸發(fā)水力機(jī)械事故保護(hù)動作是正常的。

根據(jù)處理過程分析，1號機(jī)主用主軸密封水電磁閥開啟時(shí)，主軸密封示流中斷，備用主軸密封水電磁閥開啟時(shí)，主軸密封示流正常，可以判斷主軸密封水示流計(jì)無故障，中斷原因?yàn)橹饔弥鬏S密封水管路存在堵塞或漏水。電廠運(yùn)行人員到達(dá)現(xiàn)場后檢查主用主軸密封水管路無漏水情況，則可判定主用主軸密封水管路堵塞。電廠對主用主軸密封水管路進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在堵塞現(xiàn)象。堵塞原因?yàn)楣苈份^細(xì)，且長期未清洗，加之水質(zhì)較差，水中雜質(zhì)在管路中積累導(dǎo)致。對主用主軸密封水管路進(jìn)行清洗后供水正常[5]。

2.2 事故停機(jī)失敗原因分析

事故停機(jī)流程第一步執(zhí)行停調(diào)速器/勵磁，減有功功率、減無功功率，均減至小于5%額定功率時(shí)，再執(zhí)行第二步跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)。整個(gè)減負(fù)荷時(shí)限為60 s，超過60 s則報(bào)“事故停機(jī)流程第一步超時(shí)”。從監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信息中可以發(fā)現(xiàn)，1號機(jī)事故停機(jī)流程啟動后，勵磁系統(tǒng)已將無功功率減至5%額定無功功率，且已將停機(jī)令下至調(diào)速器，此時(shí)調(diào)速器應(yīng)減有功，但上位機(jī)無“調(diào)速器減給定（開出）動作”信號，反而“調(diào)速器增給定（開出）動作/復(fù)歸”刷屏。相當(dāng)于調(diào)速器在減有功，但監(jiān)控系統(tǒng)在增有功，最終在60 s內(nèi)1號機(jī)有功功率從12.2 MW僅減至10.5 MW，不滿足5%額定有功功率，所以“F1事故停機(jī)流程第一步超時(shí)報(bào)警 動作”，事故停機(jī)失敗。

電廠對機(jī)組事故停機(jī)程序（如圖1）進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)事故停機(jī)流程中，有功設(shè)定值為0的觸發(fā)條件是“停機(jī)流程第一步運(yùn)行 動作”+“事故停機(jī)流程啟動”，但實(shí)際事故停機(jī)流程中并不會出現(xiàn)“停機(jī)流程第一步運(yùn)行 動作”，而是出現(xiàn)“事故停機(jī)流程第一步運(yùn)行 動作”，所以事故停機(jī)流程觸發(fā)后，有功設(shè)定值為0不能有效觸發(fā)。所以事故停機(jī)流程第一步動作后，發(fā)停機(jī)令至調(diào)速器，但監(jiān)控系統(tǒng)沒有收到有功設(shè)定值為0的指令，而是保持當(dāng)前設(shè)定值（12 MW），這就出現(xiàn)了調(diào)速器系統(tǒng)減有功，而監(jiān)控系統(tǒng)不斷開出增有功的情況，使機(jī)組有功無法減至停機(jī)值，事故停機(jī)流程第一步超時(shí)。

圖1 有功設(shè)定值（o）啟動程序

3 暴露的問題

從以上事件經(jīng)過和原因分析中可以看出此次事件暴露出4個(gè)問題：

（1）電廠主軸密封水設(shè)置了主、備用兩路，均可由電動閥控制通斷，且均可在上位機(jī)進(jìn)行控制操作，是能夠?qū)崿F(xiàn)主用主軸密封水壓力低或示流信號復(fù)歸時(shí)自動投入備用主軸密封水的。但實(shí)際監(jiān)控系統(tǒng)程序中并沒有做這方面的設(shè)計(jì)，只能上位機(jī)手動操作投入備用主軸密封水。對于主軸密封水示流復(fù)歸后8s的延時(shí)來說，手動操作已經(jīng)來不及，增加了機(jī)組主軸密封損壞和非計(jì)劃停運(yùn)的幾率。如果能夠自動投入備用主軸密封水，此次事件就有可能不會發(fā)生。

（2）事故停機(jī)流程中不能有效觸發(fā)有功設(shè)定值為0指令，監(jiān)控系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)減負(fù)荷，事故停機(jī)必然會失敗。

（3）如圖2所示，事故停機(jī)流程沒有在第一步投入緊急停機(jī)電磁閥去關(guān)導(dǎo)葉，而是由“事故停機(jī)流程第2步運(yùn)行”（跳GCB）觸發(fā)投入緊急停機(jī)電磁閥，此時(shí)機(jī)組有功已減到位，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)已跳閘，緊急停機(jī)電磁閥沒有起到快速關(guān)導(dǎo)葉減負(fù)荷的作用，不符合事故停機(jī)動作后果的規(guī)定。即使有功設(shè)定值為0指令有效觸發(fā)，也可能發(fā)生監(jiān)控系統(tǒng)減負(fù)荷時(shí)間過長，超過事故停機(jī)流程第一步總時(shí)長60 s，造成事故停機(jī)流程第一步超時(shí)而停機(jī)失敗。

圖2 投入緊停閥啟動程序

（4）主軸密封水在機(jī)組運(yùn)行中，能加強(qiáng)主軸密封的密封性能，并對主軸與主軸密封之間的摩擦起到潤滑和冷卻的作用，是主軸密封正常工作的保證。現(xiàn)場設(shè)置有示流計(jì)和壓力表，但上位機(jī)沒有接對應(yīng)的模擬量，難以準(zhǔn)確判斷主軸密封水流量及壓力的實(shí)際情況和運(yùn)行趨勢。

4 改進(jìn)措施

根據(jù)以上暴露的問題，為保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行及事故停機(jī)正常執(zhí)行，采取了以下改進(jìn)措施。

（1）優(yōu)化開啟備用主軸密封水程序段。增加“主軸密封水進(jìn)水管壓力下限報(bào)警”作為開機(jī)流程主軸密封水投備用延時(shí)判斷條件，如圖3，保證開機(jī)過程中主軸密封水不滿足及時(shí)投入備用主軸密封水。增加“轉(zhuǎn)速>90%”&（“主軸密封水管流量正?！保ㄈ》矗?“主軸密封水進(jìn)水管壓力下限報(bào)警”），延時(shí)3 s觸發(fā)投備用程序段，如圖4，保證機(jī)組在運(yùn)行過程中主軸密封水進(jìn)水管壓力低或主軸密封式示流復(fù)歸能夠及時(shí)投入備用主軸密封水。

圖3 修改后的有功設(shè)定值（o）啟動程序

圖4 修改后的投入緊停閥啟動程序

（2）優(yōu)化機(jī)組事故停機(jī)流程設(shè)置有功程序段。將程序段第14行中事故停機(jī)設(shè)置有功值為0條件由“STOP_STEP1.x”（停機(jī)流程第一步運(yùn)行動作）更改為“QS_STEP1.x”（事故停機(jī)流程第一步運(yùn)行動作），如圖4，保證設(shè)置有功值為0指令可靠觸發(fā)。

（3）優(yōu)化事故停機(jī)流程。在tsq_ctrl程序段第26行，將“%m8108”（事故停機(jī)流程第2步運(yùn)行）修改為“%m8107”（事故停機(jī)流程第1步運(yùn)行），事故停機(jī)流程第一步即直接動作調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥關(guān)導(dǎo)葉減負(fù)荷停機(jī)，避免由于監(jiān)控系統(tǒng)減負(fù)荷時(shí)間過長，造成事故停機(jī)流程第一步超時(shí)而停機(jī)失敗的情況發(fā)生。

（4）后續(xù)可通過設(shè)備改造將現(xiàn)場主軸密封水流量或壓力模擬量數(shù)值接入上位機(jī)。長期運(yùn)行中，元器件均有誤動的可能，通過上位機(jī)模擬量，可以讓遠(yuǎn)方監(jiān)控人員更直觀的判斷現(xiàn)場情況。

5 結(jié)語

“無人值班、少人值守”管理模式下，電廠機(jī)組最基本的要求就是“開得出、穩(wěn)得住、停得下”，這樣才能使該模式下的運(yùn)行效益發(fā)揮至最大，隨之對保護(hù)的要求也由之前的“寧誤動、不拒動”提升到了“不誤動、不拒動”。通過此次機(jī)組事故停機(jī)異常時(shí)間的分析與處理，完善了主軸密封水保證條件，修正了事故停機(jī)流程，解決了電廠的一個(gè)重大安全隱患，為無人值班模式下，機(jī)組的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保證。