李　伶，張　鵬

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

溪洛渡水電站機(jī)組緊急停機(jī)回路的設(shè)計簡介

李伶，張鵬

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

摘要：針對溪洛渡水電站廠區(qū)范圍廣、裝機(jī)容量大、系統(tǒng)地位重要等特點(diǎn)，對機(jī)組事故狀態(tài)下的緊急停機(jī)和關(guān)閉快速門回路提出了極高的要求。結(jié)合電站的樞紐布置和計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置情況，重點(diǎn)介紹了機(jī)組在事故情況下的緊急停機(jī)回路的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：溪洛渡電站；計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；緊急停機(jī)；水機(jī)后備保護(hù)；緊急關(guān)閉快速門

0　引言

溪洛渡水電站位于云南省昭通市和四川省涼山州交界的金沙江下游河段，是金沙江上游第3級電站，也是國家“西電東送”和西部大開發(fā)的重點(diǎn)工程。電站由攔河大壩、泄洪、引水和發(fā)電等建筑物組成。電站分為左、右岸兩個廠房，各裝機(jī)9臺，單機(jī)容量77萬kW，總裝機(jī)1 386萬kW，工程規(guī)模在國內(nèi)目前僅次于三峽水電站。電站于2005年12月正式開工，2013年7月首批機(jī)組發(fā)電，2014年7月迎來了全廠全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

由于本電站在電力系統(tǒng)中的地位十分重要，對機(jī)組安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的要求尤為突出。尤其在2009年俄羅斯薩揚(yáng)-舒申斯克水電站機(jī)組發(fā)生重大機(jī)電事故后，國家電監(jiān)會專門發(fā)文對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了嚴(yán)格的要求。在此前提下，溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)緊急停機(jī)回路的設(shè)計顯得尤為重要，以確保事故狀態(tài)下，能將機(jī)組帶入安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。鑒于本電站機(jī)組臺數(shù)多、廠區(qū)范圍廣，各控制點(diǎn)和被控設(shè)備分散，建設(shè)周期長，為緊急停機(jī)回路的設(shè)計帶來了較大的困難。

1　電站樞紐布置簡介

由于溪洛渡電站的特殊管理模式和地理位置，為緊急停機(jī)和落快速門帶來了一定的困難，全廠有人值班的監(jiān)控中心布置在右岸地面，地下廠房將基本上實(shí)現(xiàn)無人值班。在此有必要介紹電站的主要樞紐布置。

電站主要由大壩、泄洪、引水和發(fā)電等建筑物組成，包括左、右岸兩個呈對側(cè)布置的電站，涉及水機(jī)保護(hù)和緊急停機(jī)回路的設(shè)備布置在以下部位：

（1）左、右岸地下主廠房：左、右岸主廠房均布置在拱壩上游約200 m的庫岸山體內(nèi)，主機(jī)間長310.41m，分別布置有9臺水輪發(fā)電機(jī)組、機(jī)組間距約為35m，發(fā)電機(jī)層高程為376m，其下游側(cè)布置機(jī)組LCU，設(shè)置有緊急停機(jī)和緊急關(guān)快門回路和手動按鈕，同時設(shè)置水機(jī)后備保護(hù)PLC。

（2）左、右岸地下副廠房：在主廠房端頭為副廠房，386m高程布置二次監(jiān)視室，作為過渡期值班人員的控制室，此處設(shè)有監(jiān)控本岸電站的廠站層設(shè)備。

（3）左、右岸進(jìn)水口：電站進(jìn)水口在地面610.0m高程。對應(yīng)每臺機(jī)組進(jìn)水口均設(shè)置有1個快速閘門。最遠(yuǎn)的一面快速閘門距離機(jī)組的電纜路徑接近3 km。

（4）地面集中控制樓：在右岸地面出線場（870m高程）附近設(shè)置全廠的集中控制管理區(qū)域，值班人員在該區(qū)域中控室對全廠進(jìn)行監(jiān)控。距離左岸地下廠房機(jī)組和進(jìn)水口快速閘門的電纜距離均超過3 km。

2　對緊急停機(jī)回路的設(shè)計要求

鑒于上述情況，溪洛渡機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行對電站監(jiān)控系統(tǒng)緊急停機(jī)回路的設(shè)計提出了以下基本要求：

（1）滿足“無人值班”（少人值守）的設(shè)計原則；

（2）在任何情況下發(fā)生機(jī)組事故時，均通過緊急停機(jī)回路實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)，并根據(jù)事故類型緊急關(guān)閉快速閘門，以確保機(jī)組和人員的安全；

（3）緊急停機(jī)回路按高度冗余原則設(shè)計；

（4）能通過在機(jī)旁、副廠房及地面中控室的手動急停按鈕實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)和緊急落快速門。

3　計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置簡介

機(jī)組緊急停機(jī)回路為計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要部分，作為背景信息，有必要對本站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置情況作簡單介紹。

溪洛渡電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由廠站層和現(xiàn)地控制單元層（LCU）組成。

廠站層設(shè)備主要包括操作員站和各種數(shù)據(jù)服務(wù)器等。同時，考慮到該電站的規(guī)模和重要性，作為自動監(jiān)控系統(tǒng)的后備，中控室還設(shè)置有一套獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)PLC的模擬返回屏。

電站現(xiàn)地層設(shè)備包括：每臺機(jī)1套機(jī)組LCU，共計18套、2套開關(guān)站LCU、6套公用LCU以及1套大壩LCU。除機(jī)組LCU外，還獨(dú)立配置了水機(jī)后備保護(hù)PLC，當(dāng)機(jī)組LCU故障時，仍能通過后備PLC完成水機(jī)保護(hù)。機(jī)組LCU在進(jìn)水口設(shè)有遠(yuǎn)程IO裝置，鑒于距離較遠(yuǎn)，通過光纖連接。

廠站層和現(xiàn)地層通過由6臺1 000Mb/s主干交換機(jī)構(gòu)成雙環(huán)形控制網(wǎng)連接，（分別布置在左、右岸地下控制室和地面集中控制樓），通過光纖作為傳輸介質(zhì)。

此外，為驅(qū)動中控室模擬返回屏，特設(shè)有1套獨(dú)立的PLC（驅(qū)動LCU），主要用于直接采集返回屏所需的各種電氣信號（模擬量和開關(guān)量），并輸出狀態(tài)報警。與其他LCU類似，該LCU直接掛于控制網(wǎng)和信息網(wǎng)，但與其他LCU彼此獨(dú)立。該LCU在左、右岸地下廠房各設(shè)有3個遠(yuǎn)程裝置，在左、右岸進(jìn)水口也各設(shè)有1個遠(yuǎn)程裝置，通過光纖連接。

4　緊急停機(jī)回路的方案設(shè)計

4.1回路的冗余設(shè)置方式

為保證機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，溪洛渡電站緊急停機(jī)回路按高度冗余方式設(shè)置，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）機(jī)組LCU配置雙CPU、雙電源、雙通信模塊等。

（2）除機(jī)組LCU外，還配有水機(jī)后備保護(hù)PLC，也采用與機(jī)組LCU類似的冗余配置。事故情況下，能獨(dú)立于機(jī)組LCU監(jiān)視各故障的發(fā)生并發(fā)緊急停機(jī)命令。

（3）信號源的冗余。前端重要信號源的干接點(diǎn)信號冗余配置，分別送監(jiān)控LCU和水機(jī)后備PLC。

（4）停機(jī)輸出信號的冗余，（包括緊急關(guān)導(dǎo)葉、跳發(fā)電機(jī)斷路器和滅磁開關(guān)、落快速門等）均為雙DO輸出，DO點(diǎn)位于PLC不同機(jī)架的模板上。同時，上述信號輸出采用不同的電纜，并盡量敷設(shè)在不同的路徑上，以避免同時出現(xiàn)故障。

（5）除上述自動回路外，還分別在集控樓返回屏上、左、右岸副廠房控制室的按鈕箱以及機(jī)組水機(jī)后備保護(hù)屏上，分別為每臺機(jī)設(shè)置有1個手動緊急停機(jī)按鈕和1個手動緊急關(guān)閉快速閘門按鈕。在事故情況下，可由人工啟動緊急停機(jī)流程。

4.2啟動緊急停機(jī)的條件

在滿足“水力發(fā)電廠自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)范”的前提下，參照類似規(guī)模電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本電站啟動緊急停機(jī)的條件考慮如下：

（1）機(jī)組LCU的緊急停機(jī)回路主要包括如下啟動故障：各軸承軸瓦溫度過高、機(jī)組電氣和機(jī)械過速、油壓事故下降、主配拒動、導(dǎo)葉剪斷銷剪斷、冷卻水中斷、振動擺度過大、閘門下滑至事故位、停機(jī)按鈕按下、機(jī)組電氣事故等。

（2）為優(yōu)化接線，水機(jī)后備PLC緊急停機(jī)回路主要考慮水力機(jī)械事故，主要包括各軸承軸瓦溫度過高、機(jī)組電氣和機(jī)械過速、油壓事故下降、主配拒動、事故停機(jī)時導(dǎo)葉剪斷銷剪斷等。

（3）機(jī)組故障分為以下幾類：

1）一類機(jī)械事故，包括：機(jī)組機(jī)械事故停機(jī)過程中導(dǎo)葉剪斷銷剪斷且機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%，且過速換向閥接點(diǎn)動作、快速門開度小于90%，或快速門下滑至事故位置、.機(jī)組電氣轉(zhuǎn)速大于148%或機(jī)械轉(zhuǎn)速大于150%。副廠房落快速門按鈕按下、后備保護(hù)落快速門按鈕按下、控制管理樓模擬盤落快速門按鈕按下。

2）二類機(jī)械事故1（水輪機(jī)事故），包括：自動狀態(tài)下調(diào)速器停機(jī)報警、機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%，調(diào)速器液壓系統(tǒng)主配拒動、機(jī)組轉(zhuǎn)速大于145%、調(diào)速器油壓系統(tǒng)壓力故障或管路故障、水導(dǎo)油槽液位低，瓦溫高、進(jìn)水口閘門快速閉門動作或快速門開度小于80%、筒閥控制柜急停按鈕按下、調(diào)速器液壓系統(tǒng)急停按鈕按下、副廠房緊急停機(jī)按鈕按下、后備保護(hù)緊急停機(jī)按鈕按下、控制管理樓模擬盤急停按鈕按下、筒閥開度異常。

3）二類機(jī)械事故2（發(fā)電機(jī)事故），包括：推力油槽油位/液位低、上導(dǎo)油槽油位/液位低、推力瓦溫高、上導(dǎo)瓦溫高、下導(dǎo)瓦溫高。

4）電氣事故，包括：機(jī)組并網(wǎng)或空載運(yùn)行時A套發(fā)電機(jī)保護(hù)動作停機(jī)總信號、機(jī)組并網(wǎng)或空載運(yùn)行時B套發(fā)電機(jī)保護(hù)動作停機(jī)總信號。

4.3緊急停機(jī)流程啟動后的出口方式

在緊急停機(jī)的條件啟動后，其出口方式設(shè)計如下：

（1）發(fā)生一類機(jī)械事故時，機(jī)組LCU及后備保護(hù)PLC均啟動快速停機(jī)及關(guān)快速門流程，同時依條件落筒閥，具體程序包括啟動調(diào)速器急停電磁閥、關(guān)快速門、依條件落筒閥、卸載至空載后，再動作于跳閘、滅磁、停機(jī)。

（2）發(fā)生二類機(jī)械事故時，機(jī)組LCU及后備保護(hù)PLC均啟動快速停機(jī)流程，包括啟動調(diào)速器急停電磁閥、卸載至空載后，再動作于跳閘、滅磁、停機(jī)。如果上述步驟超時，則去動作落快速門。

（3）發(fā)生電氣事故時，機(jī)組LCU啟動緊急停機(jī)流程，直接跳發(fā)電機(jī)出口斷路器、跳滅磁開關(guān)、停電調(diào)及調(diào)速器急停電磁閥。水機(jī)后備保護(hù)PLC不再參與電氣事故的緊急停機(jī)。

（4）當(dāng)啟動以上快速停機(jī)流程或緊急停機(jī)時，轉(zhuǎn)速達(dá)到115%且主配拒動，或轉(zhuǎn)速達(dá)到二級過速（145%或148%）及以上都需要動作事故配壓閥。

4.4緊急停機(jī)和緊急落快速門按鈕的出口方式

在集控樓模擬返回屏上，左、右岸副廠房監(jiān)視室急停按鈕箱上以及主廠房發(fā)電機(jī)大廳機(jī)組LCU柜上，為每臺機(jī)組均設(shè)置有緊急停機(jī)按鈕和緊急落快速門按鈕。緊急停機(jī)按鈕啟動緊急停機(jī)流程。按鈕的輔助接點(diǎn)直接接入機(jī)組LCU、水機(jī)后備保護(hù)PLC以及模擬屏LCU及其遠(yuǎn)程I/O柜。由于上述各部位均較為分散，距離較遠(yuǎn)，不允許所有回路均采用硬接線連接，需采用光纖通信方式出口，為保證回路的可靠和冗余性，對于任何部位的緊急停機(jī)命令，最后均將通過機(jī)組LCU和水機(jī)后備保護(hù)PLC同時出口。對于任何部位的緊急關(guān)快速門按鈕，最后均將通過機(jī)組LCU在進(jìn)水口的遠(yuǎn)程IO柜和返回屏在進(jìn)水口的遠(yuǎn)程IO柜同時出口。具體的接口方式詳見圖1~2。

圖2緊急關(guān)閉快速門接線示意圖

5　結(jié)束語

溪洛渡水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由中水科技供貨，目前已經(jīng)迎來全站全面投產(chǎn)發(fā)電，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行良好并將進(jìn)一步接受今后長時間的考驗(yàn)。通過對其緊急停機(jī)回路的多方考慮和多重冗余設(shè)計，以確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也為后續(xù)類似巨型電站在相關(guān)設(shè)計提供寶貴的實(shí)例和借鑒。

中圖分類號：TV736

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）07-0040-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.011

收稿日期：2015-04-30

作者簡介：李伶（1969-），女，高級工程師，從事電氣二次設(shè)計、咨詢和管理工作。