唐亞波，倪宏偉

(1. 重慶大唐國(guó)際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶400715;2. 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙410007)

當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生某些可能引發(fā)嚴(yán)重后果的故障，使機(jī)組運(yùn)行參數(shù)達(dá)到一定限值時(shí)，水機(jī)保護(hù)系統(tǒng)可自動(dòng)啟動(dòng)安全裝置、執(zhí)行切機(jī)操作，來(lái)保證事故不再惡化和擴(kuò)大。隨著水電廠自動(dòng)化設(shè)備和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的成熟發(fā)展，水電廠自動(dòng)化程度越來(lái)越高，機(jī)組的可靠性、安全性得到了很大的提高。但水機(jī)保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的情況還時(shí)有發(fā)生，如何防止水機(jī)保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)成為各個(gè)水電廠面臨的一個(gè)巨大難題和挑戰(zhàn)。

1 水機(jī)保護(hù)誤動(dòng)及拒動(dòng)原因分類

1.1 自動(dòng)化元件故障

因自動(dòng)化元件故障誤發(fā)信號(hào)而造成的水機(jī)保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)占的比例比較大，主要原因是質(zhì)量不可靠、無(wú)冗余配置、元器件老化。

1.2 設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試存在缺陷

許多水電廠在水機(jī)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試時(shí)存在缺陷，造成水機(jī)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。主要表現(xiàn)為未考慮冗余設(shè)計(jì)、控制邏輯不完善、自動(dòng)化設(shè)備選型不當(dāng)?shù)确矫妗?/p>

1.3 水機(jī)保護(hù)二次回路短路、斷路

主要原因?yàn)殡娎|老化絕緣破壞、接線柱進(jìn)水、空氣潮濕腐蝕、接線松動(dòng)等引起。

1.4 人為因素

因人為因素引起的保護(hù)誤動(dòng)大多是由于檢修人員走錯(cuò)間隔、看錯(cuò)端子排接線、強(qiáng)制信號(hào)錯(cuò)誤等誤操作引起。

2 防止水機(jī)保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)技術(shù)措施

2.1 溫度保護(hù)

2.1.1 優(yōu)化測(cè)溫電阻選型

水電廠測(cè)溫電阻元件工作環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期浸泡在油中，造成故障率很高。因此在測(cè)溫電阻選型上宜采用A 級(jí)鉑電阻Pt100，應(yīng)有良好的線性和防潮性能，宜三線引出〔2〕。用于軸瓦的測(cè)溫電阻其引出線應(yīng)具有防油性能，宜采用一體化網(wǎng)狀屏蔽、全鎧封裝工藝，不宜采用尾部連接器的結(jié)構(gòu)，結(jié)合部位應(yīng)加裝保護(hù)裝置，如錐形彈簧保護(hù)管、波紋管、鎧裝絲延伸保護(hù)等。

2.1.2 正確安裝

1)測(cè)溫電阻頭引出線應(yīng)在瓦座上就近固定，并留有軸瓦最大位移行程的自然曲伸長(zhǎng)度，不宜過(guò)緊，以免發(fā)生導(dǎo)線拉扯;也不宜過(guò)長(zhǎng)，以免油流沖擊攪動(dòng)造成導(dǎo)線扭折疲勞斷線。

2)布置于槽內(nèi)的測(cè)溫導(dǎo)線應(yīng)順沿油流方向敷設(shè)，以免產(chǎn)生油流的剪切力，且導(dǎo)線不得隨意跨越油冷卻器或固定綁扎在油冷上，不得被硬物擠壓，以免扭折疲勞或磨損斷線。

3)測(cè)溫導(dǎo)線的設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)優(yōu)化線路方案，盡量減少測(cè)溫中轉(zhuǎn)端子。宜在各油槽外殼和發(fā)電機(jī)座就近安裝測(cè)溫端子箱，通過(guò)專用測(cè)溫電纜直接引接至溫控儀或測(cè)溫柜。

4)測(cè)溫系統(tǒng)布線應(yīng)將強(qiáng)弱電回路分開布置，測(cè)溫導(dǎo)線的屏蔽線應(yīng)可靠地接到公共接地端。

2.1.3 優(yōu)化控制回路及控制邏輯

在硬回路水機(jī)保護(hù)中，同一軸承的鄰近兩塊瓦對(duì)應(yīng)的兩個(gè)數(shù)字溫控儀事故停機(jī)輸出接點(diǎn)宜串聯(lián)，再輸出啟動(dòng)事故停機(jī)，如圖1 所示。

圖1 溫度保護(hù)硬回路串聯(lián)邏輯

在PLC 水機(jī)保護(hù)中可采用“兩或一串”的方式，即在現(xiàn)地LCU 程序中用同軸承瓦溫模擬量進(jìn)行組合輸出一個(gè)事故停機(jī)點(diǎn)BT3 (Ⅱ)，與同軸承兩塊瓦對(duì)應(yīng)的數(shù)字溫控儀的過(guò)高報(bào)警輸出接點(diǎn)進(jìn)行組合，經(jīng)延時(shí)后啟動(dòng)事故停機(jī)流程，如圖2 所示。例如某電廠推力軸瓦有20 塊瓦，可在現(xiàn)地LCU 中進(jìn)行組態(tài)采用“20 取N 模式” (20 個(gè)瓦溫信號(hào)任意N 塊大于事故停機(jī)溫度設(shè)定值即輸出事故停機(jī)接點(diǎn)BT3 (Ⅱ))。

圖2 溫度保護(hù)PLC 水機(jī)保護(hù)“兩或一串”邏輯

同時(shí)在組態(tài)中應(yīng)增加模擬量品質(zhì)檢測(cè)、熱電阻松動(dòng)報(bào)警及閉鎖功能。

2.2 過(guò)速保護(hù)

2.2.1 優(yōu)化過(guò)速保護(hù)邏輯

1)串接斷路器分閘接點(diǎn)

一級(jí)過(guò)速保護(hù)是指當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷，轉(zhuǎn)速上升到110%～115%額定轉(zhuǎn)速，調(diào)速器主配壓閥拒動(dòng)時(shí)執(zhí)行。因此一級(jí)過(guò)速應(yīng)串接發(fā)電機(jī)出口斷路器或主變高壓側(cè)斷路器的分閘接點(diǎn)。

2)電氣過(guò)速采用“三選二”方式

對(duì)于機(jī)組電氣過(guò)速應(yīng)采用三取二的邏輯判斷方式，其輸入信號(hào)必須取自不同的信號(hào)源〔3〕?？砂惭b3 臺(tái)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，每臺(tái)裝置均同時(shí)接受齒盤和殘壓2 種信號(hào)，正常時(shí)以齒盤信號(hào)為主，殘壓信號(hào)作為備用。每臺(tái)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置輸出一對(duì)過(guò)速接點(diǎn)(分別為N1，N2，N3)，如圖3 (a)所示。再通過(guò)3 個(gè)繼電器進(jìn)行擴(kuò)展輸出(分別為KA1，KA2，KA3)，構(gòu)成“三選二”的邏輯判斷回路，如圖3(b)所示。

圖3 電氣過(guò)速“三選二”方式

2.2.2 完善機(jī)械液壓過(guò)速保護(hù)裝置

純機(jī)械液壓過(guò)速保護(hù)裝置作為水輪發(fā)電機(jī)組過(guò)速的最后一道保護(hù)屏障，其重要性不言而喻。其工作原理是利用固定在水輪發(fā)電機(jī)組大軸上離心飛擺，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升使得飛擺離心力大于彈簧的作用力，飛擺產(chǎn)生向外的位移，動(dòng)作于液控閥和電氣微動(dòng)開關(guān)。一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)液控閥油管油路的切換，迅速接通緊急停機(jī)油路，使機(jī)組事故配壓閥動(dòng)作，從而迅速停機(jī);另一方面電氣微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作后發(fā)信號(hào)至水機(jī)保護(hù)回路，通過(guò)電氣回路實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。

機(jī)組年度檢修時(shí)，手動(dòng)動(dòng)作離心飛擺，以檢查機(jī)械過(guò)速液壓系統(tǒng)及電氣限位開關(guān)功能是否正常;同時(shí)應(yīng)定期對(duì)裝置進(jìn)行校驗(yàn)。

2.3 低油壓保護(hù)

對(duì)于油壓裝置事故低油壓保護(hù)，應(yīng)該選用動(dòng)作可靠的機(jī)械式壓力開關(guān)作為保護(hù)信號(hào)來(lái)源。保護(hù)邏輯應(yīng)采用和過(guò)速保護(hù)相同的“三選二”方式。

2.4 軸承潤(rùn)滑密封水中斷保護(hù)

目前大部分水電廠均采用主軸密封水流量中斷作為保護(hù)判據(jù)。鑒于水輪發(fā)電機(jī)組在軸承潤(rùn)滑水中斷后一定時(shí)間內(nèi)仍可維持運(yùn)行，運(yùn)行人員可以迅速做出判斷，采取補(bǔ)救措施，同時(shí)主軸密封水的主備水源切換需要一定的時(shí)間，所以潤(rùn)滑密封水中斷保護(hù)主要防止保護(hù)誤動(dòng)。

潤(rùn)滑水流量中斷保護(hù)邏輯可采用潤(rùn)滑水流量中斷開關(guān)量動(dòng)作加模擬量超限值加潤(rùn)滑水壓力越低限判據(jù)組合，如圖4 所示，延時(shí)時(shí)間應(yīng)按廠家設(shè)計(jì)規(guī)定。

圖4 潤(rùn)滑密封水中斷保護(hù)邏輯

2.5 機(jī)組振動(dòng)擺度保護(hù)

水輪發(fā)電機(jī)組在某些特定工況運(yùn)行時(shí)會(huì)短時(shí)出現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)擺度超標(biāo)現(xiàn)象，同時(shí)因?yàn)榘惭b不規(guī)范、探頭未校驗(yàn)等原因?qū)е聹y(cè)量值存在誤差，目前大部分水電廠將振動(dòng)擺度大跳機(jī)改為只投信號(hào)。機(jī)組振動(dòng)擺度保護(hù)主要防止保護(hù)誤動(dòng)。

2.5.1 確保振動(dòng)擺度測(cè)量值的準(zhǔn)確

機(jī)組振動(dòng)擺度探頭應(yīng)定期送至相關(guān)單位進(jìn)行校驗(yàn)，確保探頭質(zhì)量可靠，參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

安裝必須規(guī)范，對(duì)于探頭距離調(diào)整、間隙電壓調(diào)整必須滿足設(shè)計(jì)要求。探頭引出線及延伸電纜應(yīng)采取加裝熱縮套管或波紋管等保護(hù)措施，防止斷線情況發(fā)生。

2.5.2 邏輯優(yōu)化

振動(dòng)擺度超標(biāo)一般通過(guò)在線監(jiān)測(cè)裝置處理后輸出停機(jī)接點(diǎn)至監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)于振動(dòng)保護(hù)，在每個(gè)軸承X 向、Y 向安裝2 只水平振動(dòng)測(cè)量探頭，同時(shí)安裝一只垂直振動(dòng)探頭，當(dāng)3 個(gè)測(cè)量值全部達(dá)到停機(jī)值經(jīng)一定延時(shí)后動(dòng)作停機(jī)。對(duì)于擺度保護(hù)，在每個(gè)軸承X 向、Y 向安裝2 只擺度測(cè)量探頭，當(dāng)2 個(gè)測(cè)量值全部達(dá)到停機(jī)值經(jīng)一定延時(shí)后動(dòng)作停機(jī)。

3 防止水機(jī)保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)管理措施

水機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的檢修維護(hù)工作必須嚴(yán)格規(guī)范，杜絕人為因素造成保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，提高水機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

1)嚴(yán)格水機(jī)保護(hù)定值管理，定值必須由技術(shù)部門制定并頒布，應(yīng)定期對(duì)水機(jī)保護(hù)定制進(jìn)行核對(duì)。

2)嚴(yán)格水機(jī)保護(hù)定值、邏輯、回路更改審批手續(xù)。邏輯修改前做好程序備份工作，回路改動(dòng)后必須完成圖實(shí)相符工作。

3)嚴(yán)格執(zhí)行定期維護(hù)制度。檢修時(shí)必須對(duì)水機(jī)保護(hù)測(cè)量元件進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)水機(jī)保護(hù)回路進(jìn)行絕緣測(cè)試，對(duì)水機(jī)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)。加強(qiáng)水機(jī)保護(hù)圖紙、設(shè)備臺(tái)帳、更改記錄、試驗(yàn)記錄的歸檔工作。

4)加強(qiáng)檢修人員技術(shù)和業(yè)務(wù)培訓(xùn)。檢修和運(yùn)行人員應(yīng)熟悉水機(jī)保護(hù)邏輯和定值，提高應(yīng)對(duì)故障時(shí)的處置能力。

5)制定本單位水機(jī)保護(hù)投退管理規(guī)定，嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行水機(jī)保護(hù)投退操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

水機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是水電廠機(jī)組保護(hù)中至關(guān)重要的組成部分，通過(guò)從邏輯設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、安裝調(diào)試、檢修維護(hù)等方面對(duì)水機(jī)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和完善，提高了水機(jī)保護(hù)的可靠性，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

〔1〕中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 11805—2008 水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化元件(裝置)及其系統(tǒng)基本技術(shù)條件〔S〕. 北京:中國(guó)電力出版社，2008.

〔2〕中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局. DL/T 1107—2009 水電廠自動(dòng)化元件基本技術(shù)條件〔S〕. 北京:中國(guó)電力出版社，2009.

〔3〕國(guó)家電力公司. 防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求〔S〕. 2000.