張 帆，趙 鈺，路 建，張 鑫，李永杰

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

0 引言

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣，電站總裝機容量1 000 MW，安裝4臺250 MW的單級可逆式混流水輪發(fā)電機組，以一回500 kV線路接入河北南部電網。電站在河北南網、華北電網承擔著調峰、調頻、調相、事故備用、黑啟動等中心作用。

張河灣公司機組制動系統(tǒng)采用電氣制動和機械制動2種方式，用于機組停機過程中的增加轉動阻力，縮短機組在低轉速下的運行時間，以達到保護推力軸承和其他各部件的作用。正常情況下，電氣制動在機組轉速小于50%額定轉速時投入，機械制動在轉速小于5%額定轉速時投入。當電氣制動被閉鎖時，機械制動在轉速小于20%額定轉速時投入。

1 機械剎車控制系統(tǒng)改造背景

在停機過程中，如果監(jiān)控系統(tǒng)或者發(fā)電機輔機控制盤誤開出“機械剎車投入”指令，則此時如果發(fā)電機在高轉速運行，機組會劇烈振動，磨損的制動閘板粉塵，將會污染發(fā)電機定子線棒，甚至于發(fā)生火災，國內已有同類型電站在機組運行過程中，由于監(jiān)控系統(tǒng)PLC邏輯輸出故障，誤輸出“機械剎車投入”指令而導致嚴重故障。根據國網新源公司關于印發(fā)《抽蓄電站機械制動控制系統(tǒng)典型控制邏輯設計指導意見（試行）》 文件中“可靠性原則第3條”內容：機械剎車控制方式應采取高轉速閉鎖及其他防止高速加閘的措施，控制回路中應采用機組開關位置、導葉位置以及機組轉速等信號硬接點進行閉鎖，避免僅采取軟件邏輯的閉鎖方式。

2 現有機械剎車控制系統(tǒng)

2.1 機械剎車投入控制邏輯

機組調速器測速單元ADT1000或T-ADT通過雙探頭測速齒盤采集機組轉速，輸出9個轉速開關量信號至監(jiān)控系統(tǒng)，包括＞0%、＜5%、＜20%、＜40%、＜50%、＞90%、＞95%、＞110%、＞122%。其中＞0%、＜5%、＜20%和＜50% 4個信號參與機組機械剎車的控制邏輯。

2.2 正常剎車流程

機組正常停機過程中，導葉關閉之后，機組會啟動正常剎車流程SQ58，在SQ58流程中導致機械剎車投入因素有3個：

（1）機組電氣制動正常投入，轉速＞5%；

（2）機組電氣制動投入失敗，轉速＞20%；

（3）機組高壓注油建壓不成功，轉速＞20%。

可以看出，機組正常停機過程中，在電氣制動投入之后（轉速＞50%投入），轉速＞20%之前，如果機組收到轉速＞5%，機械剎車會異常投入，導致機組高速加閘。

2.3 電氣剎車流程

機組在電氣停機過程中或正常剎車超時后，會啟動電氣剎車流程SQ59，SQ59流程中在球閥全關，轉速＞20%之后會投入機械剎車（投入15 s，退出7 s）。因此電氣剎車流程中，在球閥全關之后，轉速＞20%之前，如果收到轉速＞20%異常信號則會導致機械剎車投入，機組高速加閘。

2.4 機組蠕動流程

機組在停機穩(wěn)態(tài)或沒有任何流程在運行時，如果收到轉速＜0%信號，則會啟動機組蠕動流程，投入機械剎車，因此啟動機組蠕動流程沒有高速加閘風險。此流程在機組PC手動轉P工況瞬間，PLC判斷不到機組狀態(tài)會啟動該流程并瞬間復歸，躲過了機械剎車啟動時間3 s延時，需要和廠家確認該現象發(fā)生的原因和控制措施。

2.5 控制邏輯結論

通過以上分析可知，只有在機組停機過程中，存在高速加閘風險，考慮到雙探頭齒盤測速的穩(wěn)定性，以及＜5%和＜20%轉速信號均來自繼電器的常開節(jié)點，不會因為繼電器失磁導致信號出口的情況，判斷這時機組發(fā)生高速加閘為小概率事件。但為防止監(jiān)控誤開出，可以在機械剎車投入電磁閥硬回路上串入一路轉速節(jié)點信號。

3 機械剎車控制系統(tǒng)改造原理

3.1 改造前機械剎車控制系統(tǒng)

輔機盤機械剎車控制回路在收到剎車投入指令、球閥或導葉全關等開關量信號后，輔機盤DO板卡開關量輸出，使5BCX繼電器勵磁，5BCX繼電器常開節(jié)點（1、3節(jié)點）閉合，導通5BX雙穩(wěn)態(tài)繼電器投入側勵磁，5BX繼電器投入側常開節(jié)點（11、12節(jié)點）閉合，導通機械剎車控制電磁閥75B勵磁，機械剎車投入。

3.2 改造后機械剎車控制系統(tǒng)

在原有輔機盤機械剎車控制回路，5BX繼電器投入側常開節(jié)點（11、12節(jié)點）上串聯一個新加繼電器常開節(jié)點，命名R1（與14-1X同型號OMRON MM2P-D），只有當轉速小于20% Vn，調速器控制柜轉速繼電器RV15勵磁時，新加繼電器R1才會勵磁，其常開節(jié)點（1、3節(jié)點）才會閉合，剎車控制回路才能導通，以達到“機械剎車控制回路加裝機組轉速等信號硬接點進行閉鎖”的要求。原理如圖1～3所示。

圖1 調速器機組轉速20%速度繼電器

圖2 輔機盤機械剎車控制回路圖

圖3 機械剎車控制回路圖

3.3 新加繼電器選型

經查詢歐姆龍官網，新加繼電器R1，型號OMRON MM2P-D，節(jié)點耐流能力為7.5 A，控制電磁閥75B額定電壓為DC 220 V、44 W，經計算額定電流為0.2 A，所以所選繼電器符合要求。

4 結論

隨著社會的發(fā)展，抽水蓄能電站在服務國民經濟中起著越來越重要的作用，機械剎車系統(tǒng)的安全運行是保證機組安全快速停穩(wěn)的重要設備，本文主要分析了原有機械剎車控制系統(tǒng)存在的問題，原系統(tǒng)存在機組高轉速投剎車的風險，嚴重威脅水電廠的安全穩(wěn)定運行。改造后的機械剎車控制系統(tǒng)可以很好地實現閉鎖機組高轉速投入機械剎車，使機組運行過程、停機過程的穩(wěn)定性得到了提高，達到了即使監(jiān)控系統(tǒng)切換、原有相關繼電器誤動或者輔機盤PLC控制邏輯故障導致誤開出“剎車投入”指令，剎車也不會誤投入目的，既保證了電網系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也提高了機組安全運行的穩(wěn)定性。