袁歆平

摘要:文章針對(duì)水電機(jī)組處于5種不同的工作狀態(tài),探討了其作業(yè)條件及機(jī)組的順序控制,包括停機(jī)-空轉(zhuǎn)操作程序、空載-發(fā)電操作程序、發(fā)電-空載操作程序、空轉(zhuǎn)-停機(jī)操作程序、事故停機(jī)操作程序、勵(lì)磁事故操作程序、機(jī)組過(guò)速操作程序等,對(duì)水電站的安全和持續(xù)供電具有重大意義。

關(guān)鍵詞:水電機(jī)組;順序控制;空載;勵(lì)磁事故

中圖分類(lèi)號(hào):TV663

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-2374(2009)18-0027-03

水輪發(fā)電機(jī)組是水電站的核心設(shè)備,而水輪發(fā)電機(jī)組的順序控制開(kāi)停機(jī)是水電站的常規(guī)工作,對(duì)水電站的安全和持續(xù)供電具有重大意義。對(duì)于常規(guī)水電廠的機(jī)組,機(jī)組處于5種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換之中,即:停機(jī)態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)和不定態(tài)(前四種狀態(tài)的過(guò)渡狀態(tài)稱(chēng)為不定態(tài)),機(jī)組的開(kāi)機(jī)、停機(jī)、解列、解列后并網(wǎng)等操作,就是機(jī)組在停機(jī)態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)四種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

一、機(jī)組順序操作程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著機(jī)組自動(dòng)化程度的提高,開(kāi)始將微機(jī)或以微機(jī)為基礎(chǔ)的可編程控制器(PLC)或工控機(jī)用于水電廠監(jiān)控系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的順序操作。通過(guò)幾十年的運(yùn)行實(shí)踐,充分證明了采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)組順序操作具有技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)、性能可靠、實(shí)時(shí)性高等優(yōu)點(diǎn),因此得到了廣泛的應(yīng)用。目前,在機(jī)組順序操作程序設(shè)計(jì)中應(yīng)作如下考慮:

1.在操作人員發(fā)出機(jī)組操作命令后,PLC可以自動(dòng)按預(yù)先設(shè)定的流程完成全部的操作,也可以在操作人員干預(yù)下進(jìn)行單步操作。

2.停機(jī)命令優(yōu)先于發(fā)電命令,并在開(kāi)機(jī)過(guò)程中,空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)均可以執(zhí)行停機(jī)命令。一旦執(zhí)行停機(jī)命令,其它控制均被禁止。

3.對(duì)每一操作命令,都要檢查其執(zhí)行情況,當(dāng)某一步操作失敗使設(shè)備處于不允許的運(yùn)行狀態(tài),程序設(shè)置相應(yīng)的控制,使設(shè)備進(jìn)入某一穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

4.操作過(guò)程中,若機(jī)組設(shè)備發(fā)生事故,或運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化,不允許操作繼續(xù)進(jìn)行時(shí),應(yīng)自動(dòng)中斷過(guò)程使程序退出。

二、機(jī)組順序控制程序設(shè)計(jì)

各種水力機(jī)組的自動(dòng)控制接線(xiàn)可能有許多差別,但其控制程序大體上是相同的。水電站機(jī)組順序控制主要有以下幾種程序:

(一)停機(jī)-空轉(zhuǎn)操作程序

1.機(jī)組處于起動(dòng)準(zhǔn)備狀態(tài)時(shí),應(yīng)具備下列條件:進(jìn)水壓力正常;機(jī)端隔離刀閘合;無(wú)機(jī)電事故或故障;制動(dòng)閘無(wú)壓;出口斷路器分;制動(dòng)閘全部落下;調(diào)速器自動(dòng)態(tài);導(dǎo)葉至全關(guān);接力器鎖錠退出。

2.開(kāi)機(jī)條件滿(mǎn)足后,等待現(xiàn)地或遠(yuǎn)方的開(kāi)機(jī)令。

3.接收到現(xiàn)地或遠(yuǎn)方的開(kāi)機(jī)令后,開(kāi)啟蝶閥,其間包括:開(kāi)啟旁通閥,直到兩側(cè)水壓基本平衡;蝴蝶閥前后壓差滿(mǎn)足,退出蝶閥鎖錠;開(kāi)啟蝴蝶閥,直至蝴蝶閥全開(kāi);然后開(kāi)冷卻水電磁閥,為水輪機(jī)注入冷卻水,直至總冷卻水壓力正常;接著發(fā)調(diào)速器開(kāi)機(jī)令,調(diào)速器接到命令后,導(dǎo)葉開(kāi)啟直至空載,機(jī)組轉(zhuǎn)速>85%Ue,進(jìn)入空載狀態(tài)。

(二)空載-發(fā)電操作程序

1.空載-發(fā)電操作程序是機(jī)組開(kāi)機(jī)流程的部分,主要是自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置動(dòng)作并網(wǎng)發(fā)電的過(guò)程,從空載狀態(tài)開(kāi)始,發(fā)發(fā)電令,合機(jī)端隔離刀閘,判斷機(jī)端斷路器處于分狀態(tài)并檢查機(jī)組是否無(wú)機(jī)電事故及故障。

2.確定之后投同期裝置,由自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置判斷并網(wǎng)條件來(lái)合出口斷路器,合上斷路器后退出同期裝置。

3.設(shè)定有、無(wú)功基荷,機(jī)組進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。

(三)發(fā)電-空載操作程序

1.停機(jī)時(shí),從發(fā)電狀態(tài)同時(shí)發(fā)解列、空轉(zhuǎn)、停機(jī)令,設(shè)定有功和無(wú)功功率(P、Q)值為最小,限時(shí)5min使P、Q降至最小。

2.P、Q降至最小后,跳機(jī)端斷路器,機(jī)組進(jìn)入空載狀態(tài)。

3.機(jī)組停機(jī)包括正常停機(jī)和事故停機(jī)。正常停機(jī)時(shí),由操作人員發(fā)出停機(jī)命令,然后按規(guī)定順序完成全部停機(jī)操作:起動(dòng)開(kāi)、停機(jī)過(guò)程監(jiān)視邏輯,監(jiān)視停機(jī)過(guò)程。發(fā)電-空載操作程序是正常停機(jī)控制流程的一部分,主要是發(fā)電機(jī)解列的過(guò)程。

(四)空轉(zhuǎn)-停機(jī)操作程序

空轉(zhuǎn)-停機(jī)操作程序是正常停機(jī)控制流程的最后一部分,主要是調(diào)速器降速停機(jī)的過(guò)程。

1.從空轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)調(diào)速器停機(jī)令,延時(shí)2分使水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將為85%額定轉(zhuǎn)速(n<85%ne)。

2.然后關(guān)閉蝴蝶閥,導(dǎo)葉全關(guān),1分半鐘以后使水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將為30%額定轉(zhuǎn)速(n<30%ne),P、Q降至最小后,跳機(jī)端斷路器,機(jī)組進(jìn)入空載狀態(tài)。

3.當(dāng)n<30%ne,投入制動(dòng)電磁閥,判斷制動(dòng)閘頂起、有壓,然后延時(shí)90秒使ne<5%,復(fù)歸制動(dòng)電磁閥。

4.當(dāng)n<5%ne,關(guān)冷卻水電磁閥,直至冷卻水全關(guān),機(jī)組關(guān)機(jī)完成。

(五)事故停機(jī)操作程序

水機(jī)事故停機(jī)和緊急停機(jī)操作程序都是在水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)操作的,與正常停機(jī)控制流程不同,要求最快時(shí)間停機(jī)。

事故停機(jī)包括水機(jī)事故停機(jī)和緊急停機(jī)兩種。水機(jī)事故停機(jī)時(shí)調(diào)速器發(fā)急停令,導(dǎo)葉關(guān)至空載位置,延時(shí)20秒后直接跳開(kāi)出口斷路器和滅磁開(kāi)關(guān),延時(shí)4秒后斷路器跳開(kāi),停機(jī)完成。而緊急停機(jī)時(shí)除了調(diào)速器發(fā)急停令外,還要同時(shí)關(guān)蝶閥,如果延時(shí)2分鐘蝶閥沒(méi)有全關(guān),關(guān)閉快速閥門(mén)并報(bào)警。

(六)勵(lì)磁事故操作程序

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中占有極為重要的地位。當(dāng)電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí),發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化主要影響電網(wǎng)電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無(wú)功功率的分配。在某些故障情況下,發(fā)電機(jī)端電壓降低將導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平的下降,嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。如果在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)發(fā)電機(jī)能夠迅速增大勵(lì)磁電流,則可以維持電網(wǎng)電壓水平及穩(wěn)定性。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在保證電能質(zhì)量,無(wú)功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性方面都起著十分重要的作用。

水電站中勵(lì)磁事故影響巨大,具體的勵(lì)磁事故程序控制流程如圖1所示:

(七)機(jī)組過(guò)速操作程序

機(jī)組過(guò)速對(duì)機(jī)組和電站都會(huì)造成不良后果,在進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮,具體的機(jī)組過(guò)速程序控制流程圖如圖2所示:

水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速由調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速持續(xù)上升而調(diào)速器調(diào)速失靈時(shí),轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置將發(fā)出機(jī)組過(guò)速信號(hào),操作事故配壓閥關(guān)閉機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu),使機(jī)組停機(jī)。但若此時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置無(wú)法發(fā)出過(guò)速信號(hào)或電廠直流電源故障,無(wú)法操作事故配壓閥油閥的先導(dǎo)電磁閥,則機(jī)組的轉(zhuǎn)速會(huì)繼續(xù)升高,直至機(jī)械液壓過(guò)速保護(hù)裝置的擺錘動(dòng)作,觸發(fā)換向電磁閥動(dòng)作,直接操作事故配壓閥停機(jī)回路,關(guān)閉機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu),使機(jī)組停機(jī)。

三、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)水電站機(jī)組的實(shí)際情況,對(duì)主要順序控制程序進(jìn)行了設(shè)計(jì),包括開(kāi)機(jī)、正常停機(jī)、事故停機(jī)、緊急停機(jī)、勵(lì)磁事故、機(jī)組過(guò)速等,實(shí)現(xiàn)了水電站機(jī)組自動(dòng)控制的主要功能。

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