云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司 云南昆明 650217

摘要：目前，水電站經(jīng)常發(fā)生由于“水機(jī)保護(hù)”誤動(dòng)而造成機(jī)組“非計(jì)劃停運(yùn)”故障，為了避免此類故障經(jīng)?；蛟俅伟l(fā)生，針對(duì)大理州賓川金沙江中游河段上新投產(chǎn)魯?shù)乩姀S原設(shè)計(jì)機(jī)組的主保護(hù)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化分析，綜合考慮邏輯組態(tài)設(shè)計(jì)因素、自動(dòng)化元件可靠性、控制回路合理性、動(dòng)作結(jié)果破壞性等因素，經(jīng)過不斷論證分析和探討，形成了既能滿足機(jī)組安全運(yùn)行需求又能使電廠獲得較好經(jīng)濟(jì)收益的水機(jī)主保護(hù)項(xiàng)目實(shí)施方案，旨在為當(dāng)前同類型機(jī)組的安全運(yùn)行提供借鑒作用。

關(guān)鍵詞：水機(jī)保護(hù)；邏輯設(shè)計(jì)；軟壓板；RTD；LCU

引言

我國(guó)水力發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)突破2億千瓦，水電站建設(shè)正向高水頭、大容量趨勢(shì)發(fā)展，機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤為重要，目前大多數(shù)水輪機(jī)保護(hù)都設(shè)在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)里，由于設(shè)計(jì)保護(hù)信號(hào)取點(diǎn)和回路設(shè)計(jì)不合理，就地元器件不可靠，以及建設(shè)調(diào)試質(zhì)量問題，導(dǎo)致現(xiàn)在部分水電站水機(jī)保護(hù)經(jīng)常誤動(dòng)作，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行和電廠經(jīng)濟(jì)的效益。

水機(jī)保護(hù)是當(dāng)機(jī)組在啟停和運(yùn)行中發(fā)生危及設(shè)備和人身安全故障時(shí)，自動(dòng)采取保護(hù)或聯(lián)鎖措施，防止事故產(chǎn)生和避免事故擴(kuò)大，從而保證人和設(shè)備的安全不受損害或?qū)p害降到最低限度。

1 工程概況

魯?shù)乩娬緦僖坏却螅?）型工程，位于云南省大理州賓川與麗江地區(qū)永勝縣交界的金沙江中游河段上。電站采用500kV一級(jí)電壓接入云南電網(wǎng)，出線3回；發(fā)電機(jī)與廠用高壓變組合方式采用聯(lián)合單元接線，發(fā)電機(jī)出口設(shè)有斷路器；500kV升高電壓側(cè)采用3/2斷路器接線。電站以發(fā)電為主，總裝機(jī)容量2160MW，裝設(shè)6臺(tái)單機(jī)容量360MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，電站保證出力為946.5MW，多年平均發(fā)電量為99.57億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4610h，水庫(kù)為日調(diào)節(jié)水庫(kù)。

魯?shù)乩娬颈O(jiān)控系統(tǒng)為國(guó)電南自SD-8000監(jiān)控系統(tǒng)，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置了電廠控制級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)?，F(xiàn)地控制級(jí)配置控制器為冗余配置，且有水利機(jī)械事故保護(hù)系統(tǒng)，在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，若現(xiàn)地控制單元全部故障或全部失電的情況下，該獨(dú)立水機(jī)保護(hù)系統(tǒng)能夠獨(dú)立的執(zhí)行完整的事故停機(jī)流程。機(jī)組進(jìn)水口快速閘門設(shè)置有單獨(dú)的遠(yuǎn)程控制單元，能獨(dú)立的對(duì)機(jī)組進(jìn)水口快速閘門進(jìn)行控制。

2 機(jī)組水機(jī)保護(hù)項(xiàng)目

魯?shù)乩娬狙b設(shè)的是混流式水輪發(fā)電機(jī)組，水機(jī)主保護(hù)項(xiàng)目經(jīng)我方組織設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等各參建方召開討論會(huì)，對(duì)機(jī)組主保護(hù)項(xiàng)目及非正常停機(jī)流程進(jìn)行逐條梳理，確定各保護(hù)項(xiàng)目的條件判據(jù)，修改完善邏輯組態(tài)中的不足之處，優(yōu)化邏輯結(jié)構(gòu)，目前機(jī)組水機(jī)主保護(hù)項(xiàng)目包括：機(jī)械事故停機(jī)項(xiàng)目共11項(xiàng)，緊急停機(jī)保護(hù)項(xiàng)目共10項(xiàng)，電氣事故停機(jī)共4項(xiàng)主保護(hù)邏輯合理、功能完善，滿足邏輯討論會(huì)要求。具體各項(xiàng)保護(hù)原理、動(dòng)作條件及邏輯判據(jù)如下：

2.1 水力機(jī)械事故停機(jī)項(xiàng)目

1.推力外循環(huán)出口冷卻油流量低，且推力油槽油溫過高（定值60℃），延時(shí)30s（設(shè)保護(hù)軟壓板）；備注：“推力外循環(huán)出口冷卻油流量正?！毙盘?hào)有兩個(gè)，邏輯取“與非”門，與推力油槽油溫過高信號(hào)做“與門”判斷。

2.水導(dǎo)外循環(huán)冷卻油流量低，且水導(dǎo)油槽油溫過高（定值60℃），延時(shí)30s；（設(shè)保護(hù)軟壓板）備注：水導(dǎo)外循環(huán)冷卻油流量低，信號(hào)來源：“水導(dǎo)外循環(huán)出口冷卻油流量正常”信號(hào)邏輯取反；水導(dǎo)油槽油溫過高（定值60℃）測(cè)點(diǎn)取自顯控儀表。

3.主軸密封水流量低，加延時(shí)10s（設(shè)保護(hù)軟壓板）；備注：主軸密封水流量低，加延時(shí)10s動(dòng)作，同時(shí)加保護(hù)動(dòng)作提前條件：機(jī)組轉(zhuǎn)速≥95%或空轉(zhuǎn)或空載或發(fā)電態(tài)。主軸密封主要是機(jī)組運(yùn)行時(shí)阻擋尾水管中的水從主軸與頂蓋之間的間隙上溢，防止水輪機(jī)導(dǎo)軸承及頂蓋被淹，而密封水?dāng)嗔鲿?huì)直接影響主軸密封正常運(yùn)行。

4.機(jī)組軸瓦溫度過高（RTD），延時(shí)5s（設(shè)保護(hù)軟壓板）；此項(xiàng)保護(hù)由獨(dú)立的機(jī)組測(cè)溫LCU系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具體機(jī)組監(jiān)控測(cè)溫屏邏輯判斷條件為：上導(dǎo)瓦溫共14個(gè)點(diǎn)，若滿足任意連續(xù)三塊瓦溫（RTD）同時(shí)高于定值（75℃）跳閘；推力瓦溫共18個(gè)點(diǎn)，若滿足任意連續(xù)三塊瓦溫（RTD）同時(shí)高于定值（60℃）跳閘；下導(dǎo)瓦溫共12個(gè)點(diǎn)，若滿足任意連續(xù)三塊瓦溫（RTD）同時(shí)高于定值（75℃）跳閘；水導(dǎo)瓦溫共20個(gè)點(diǎn)，若滿足任意連續(xù)三塊瓦溫（RTD）同時(shí)高于定值（75℃）跳閘，以上各點(diǎn)溫升變化均有速率限制。

5.機(jī)組軸瓦溫度過高（顯控儀表），設(shè)保護(hù)軟壓板，有后備水機(jī)保護(hù)配置；備注：上導(dǎo)、下導(dǎo)、推力、水導(dǎo)瓦溫測(cè)點(diǎn)送至顯控儀表各有兩點(diǎn)，各位置兩點(diǎn)測(cè)值均大于保護(hù)定值（兩點(diǎn)高高限串聯(lián)）時(shí)動(dòng)作，具體定值同上，各個(gè)位置之間取或門，真正實(shí)現(xiàn)瓦溫保護(hù)穩(wěn)定、可靠。

6.機(jī)組火警（設(shè)保護(hù)軟壓板），基于機(jī)組消防安全考慮設(shè)置此項(xiàng)保護(hù)。

7.機(jī)組振動(dòng)、擺度過大停機(jī)（設(shè)保護(hù)軟壓板）。水輪機(jī)長(zhǎng)期振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組連接部件松動(dòng)和疲勞甚至造成斷裂，因此配置此項(xiàng)保護(hù)，目前本廠配置一套完全獨(dú)立于振擺在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)振動(dòng)保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)大時(shí)的停機(jī)保護(hù)功能。

8.事故停機(jī)按鈕動(dòng)作，不設(shè)壓板，常投。

9.調(diào)速器緊急停機(jī)動(dòng)作（設(shè)保護(hù)軟壓板），調(diào)速器緊停閥異常動(dòng)作后應(yīng)啟動(dòng)停機(jī)流程。

10.后備水機(jī)保護(hù)回路動(dòng)作（硬回路總出口），常投。本項(xiàng)考慮所有類型的后備水機(jī)保護(hù)（繼電器硬接線）跳閘動(dòng)作后，觸發(fā)一個(gè)信號(hào)送監(jiān)控LCU，再次實(shí)現(xiàn)邏輯跳閘，起到后備保護(hù)作用，另外此信號(hào)動(dòng)作后送入監(jiān)控系統(tǒng)，用于機(jī)組啟動(dòng)停機(jī)流程和提示運(yùn)行人員后備保護(hù)動(dòng)作，便于事故分析、查詢，機(jī)組啟動(dòng)前必須復(fù)歸。

11.上位機(jī)操作機(jī)械事故停機(jī)（操作員執(zhí)行）。畫面手動(dòng)機(jī)械事故停機(jī)，通過操作員站一定的權(quán)限下，在監(jiān)控畫面上實(shí)現(xiàn)啟停機(jī)操作。

2.2 電氣事故停機(jī)保護(hù)項(xiàng)目

1.發(fā)電機(jī)電氣事故1動(dòng)作，設(shè)保護(hù)軟壓板。發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，即發(fā)電機(jī)發(fā)生縱聯(lián)差動(dòng)、橫聯(lián)差動(dòng)、單相接地、過負(fù)荷、低勵(lì)、失磁等故障時(shí)由發(fā)電機(jī)保護(hù)A/B屏發(fā)出跳閘信號(hào)給監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)跳水輪機(jī)，目前本廠設(shè)計(jì)有雙回路，一路是跳閘信號(hào)進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)由LCU邏輯實(shí)現(xiàn)跳閘，另一路是由繼電器硬接線實(shí)現(xiàn)跳閘。

2.發(fā)電機(jī)電氣事故2動(dòng)作，設(shè)保護(hù)軟壓板。保護(hù)裝置為冗余配置，保護(hù)配置原則同上。

3.勵(lì)磁系統(tǒng)事故停機(jī)，設(shè)保護(hù)軟壓板。此項(xiàng)目原設(shè)計(jì)由滅磁開關(guān)柜過電壓保護(hù)器動(dòng)作后開出至LCU柜停機(jī)，經(jīng)向勵(lì)磁廠家交流目前NES5100勵(lì)磁系統(tǒng)過電壓保護(hù)器已做了改進(jìn)升級(jí)，不存在誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，最終保留本保護(hù)項(xiàng)目。

4.上位機(jī)操作電氣事故停機(jī)（操作員執(zhí)行）。畫面手動(dòng)電氣事故停機(jī)，通過操作員站一定的權(quán)限下，在監(jiān)控畫面上啟動(dòng)電氣事故停機(jī)操作。

2.3 緊急事故停機(jī)保護(hù)項(xiàng)目

1.“機(jī)組轉(zhuǎn)速≥115%”+“主配拒動(dòng)”+“導(dǎo)葉空載開度以上”，延時(shí)2s（設(shè)保護(hù)軟壓板）。調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求水輪機(jī)事故或甩負(fù)荷時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升，如果此時(shí)調(diào)速器故障主配拒動(dòng)，無法調(diào)節(jié)導(dǎo)葉，會(huì)引起機(jī)組過速，所以設(shè)置此項(xiàng)保護(hù)，本廠還設(shè)有水機(jī)回路后備保護(hù)功能，保護(hù)直接動(dòng)作事故配壓閥和緊急停機(jī)閥，切斷壓力油，使導(dǎo)葉關(guān)閉。

2.機(jī)械過速圖拉伯155%，設(shè)保護(hù)軟壓板。機(jī)械過速保護(hù)是水機(jī)的最后一級(jí)保護(hù)，當(dāng)機(jī)組事故時(shí)由于不能及時(shí)關(guān)閉導(dǎo)葉或者筒閥等原因，引起機(jī)組超過設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速，在電超速不動(dòng)作情況下的一種后備保護(hù)，過機(jī)械裝置飛錘在離心率作用下動(dòng)作，直接切斷油路達(dá)到緊急停的目的，本項(xiàng)保護(hù)回路簡(jiǎn)單不存在誤動(dòng)的可能，在水電廠投產(chǎn)時(shí)均要進(jìn)行機(jī)械過速試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.緊急停機(jī)按鈕（監(jiān)控LCU柜），設(shè)保護(hù)軟壓板與后備保護(hù)硬壓板對(duì)應(yīng)。大部份電廠緊急停機(jī)按鈕都是在現(xiàn)地LCU實(shí)現(xiàn)，設(shè)置目的是在監(jiān)控系統(tǒng)異常或其它緊急情況時(shí)可以及時(shí)到現(xiàn)地LCU操作緊急停機(jī)。

4.事故停機(jī)過程中且剪斷銷剪斷，設(shè)保護(hù)軟壓板。事故停機(jī)時(shí)由于各種原因，如水中有硬物導(dǎo)致導(dǎo)葉卡死不會(huì)動(dòng)，導(dǎo)葉受力到一定程度時(shí)，裝在導(dǎo)葉和接力器之間的剪斷銷剪斷發(fā)信引發(fā)緊急停機(jī)，保證機(jī)組安全。

5.機(jī)組電氣過速150%，設(shè)保護(hù)軟壓板。此項(xiàng)保護(hù)由電氣超速測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)，主要完成機(jī)組事故情況下過速保護(hù)，一般配置齒盤和殘壓測(cè)速，停機(jī)保護(hù)一般取齒盤測(cè)速信號(hào)判斷出口跳閘，本廠設(shè)計(jì)送至LCU柜的過速信號(hào)有兩路，此兩路電氣過速出口信號(hào)取“或門”判斷，同時(shí)超速保護(hù)裝置