李廣亮，白云飛

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺317200）

1 引言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，共安裝4臺立軸單級混流可逆式水泵水輪機(jī)組，單機(jī)容量300 MW，總裝機(jī)容量為1 200 MW，自2006年底全部投入商業(yè)運(yùn)行以來，在華東地區(qū)承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用任務(wù)。機(jī)組發(fā)電開機(jī)時(shí)，先由停機(jī)到水輪機(jī)狀態(tài)，再執(zhí)行步序62-1（發(fā)電機(jī)電壓＞90%、勵磁運(yùn)行）、步序62-2（發(fā)電機(jī)出口開關(guān)合閘），執(zhí)行完后，機(jī)組到發(fā)電工況。根據(jù)機(jī)組跳閘邏輯，當(dāng)開機(jī)過程中，出現(xiàn)步序前提條件不滿足時(shí)，機(jī)組自動轉(zhuǎn)停機(jī)流程。本文主要分析步序62-2（主要用于同期合閘）前提條件不滿足，導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)停機(jī)的原因。

2 異常現(xiàn)象及分析與處理

2.1 情況梳理

某次事故發(fā)生過程如下：

13：47：01成組控制2號機(jī)組發(fā)電命令 有效。

13：48：00 2號機(jī)轉(zhuǎn)速 ＞98% 是。

13：48：01 2號機(jī)轉(zhuǎn)速 ＞110% 是。

13：48：25 2號機(jī)勵磁 V/Hz限制動作 動作。

13：48：29 2號機(jī)轉(zhuǎn)速 ＞90% 否。

13：48：33 2號機(jī)電壓 ＞90% 否。

13：48：33 2號機(jī)流程報(bào)警。

13：48：33 2號機(jī)步序 62-2前提條件不滿足 是。

13：48：34 2號機(jī)停機(jī)轉(zhuǎn)換命令正在執(zhí)行 是。

13：54：05 2號機(jī)停機(jī)工況 是。

（1）由上述信號可知，此次2號機(jī)發(fā)電啟動失敗，是由于步序62-2（用于同期合閘）前提條件不滿足導(dǎo)致自動轉(zhuǎn)停機(jī)。首先查看步序62-2邏輯（圖1）可知，步序62-2的前提條件為：

1）步序62-1完成即GBX_STP_62_1_OK（該步序完成需滿足反饋機(jī)端電壓U＞90%&勵磁投入）；

2）機(jī)組在空載狀態(tài)（GBX_NLS_DEF）& 機(jī)組發(fā)電命令（GBX_GOO）& 步序62-1未完成（即 GBX_STP_62_1_OK取反）；

上述2個條件1）和2）同時(shí)丟失，會報(bào)“步序62-2前提條件不滿足”。

圖1 步序62-2順控流程圖

查看事件列表，發(fā)現(xiàn)“2號機(jī)電壓＞90%否”信號是導(dǎo)致步序62-2前提條件不滿足的原因。

（2）鑒于上位機(jī)及現(xiàn)場盤柜均無勵磁報(bào)警信號，且機(jī)組停機(jī)過程中電制動能夠正常投入，勵磁方面的故障可以基本排除。上位機(jī)有“2號機(jī)轉(zhuǎn)速＞110%”紅色報(bào)警信號且持續(xù)10 s后復(fù)歸，接著出現(xiàn)“2號機(jī)轉(zhuǎn)速＞90%否”，綜合事件列表分析判斷應(yīng)是轉(zhuǎn)速波動導(dǎo)致電壓下降至90%以下。

導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動的可能原因有：

1）調(diào)速器邏輯存在異常。

2）調(diào)速器控制回路故障。

3）導(dǎo)葉開度位置反饋傳感器故障。

2.2 問題排查

（1）運(yùn)維人員通過調(diào)速器監(jiān)控系統(tǒng)對2號機(jī)調(diào)速器邏輯進(jìn)行在線檢測，未發(fā)現(xiàn)調(diào)速器邏輯異常情況。

（2）運(yùn)維人員現(xiàn)場檢查2號機(jī)GT現(xiàn)地控制盤（=02 U+GT01）內(nèi)端子接線正常無松動，相關(guān)輸入輸出模塊工作正常，因此2號機(jī)調(diào)速器控制回路故障可排除。

（3）運(yùn)維人員趕赴2號機(jī)水車室，現(xiàn)場檢查2號機(jī)調(diào)速器導(dǎo)葉開度位置反饋傳感器，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉開度位置反饋傳感器1=02 U+MA20-CG0001連桿球接頭軸承的球頭與球頭座脫開，現(xiàn)場人員將連桿球頭與球頭座連接好后，上位機(jī)及現(xiàn)場電調(diào)盤上顯示導(dǎo)葉開度恢復(fù)到正常值0。

正常情況下，發(fā)電開機(jī)流程走到S6-4后，監(jiān)控給調(diào)速器發(fā)啟動命令。調(diào)速器收到啟動命令后，按一定的速度開導(dǎo)葉到空載開度，轉(zhuǎn)速也隨之上升，轉(zhuǎn)速到90%左右時(shí)，調(diào)速器進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模式，開始根據(jù)轉(zhuǎn)速對導(dǎo)葉開度進(jìn)行細(xì)調(diào)。

此次2號機(jī)開停機(jī)過程中的導(dǎo)葉開度及轉(zhuǎn)速曲線如圖2所示。

階段1：機(jī)組開機(jī)時(shí)調(diào)速器收到啟動命令后，導(dǎo)葉開度正常上升，開度值從0變化至11.7%，尚未到達(dá)空載開度，且此時(shí)轉(zhuǎn)速較低，未進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

階段2：因?qū)~開度反饋傳感器連桿球接頭軸承的球頭和球頭座脫開，導(dǎo)葉開度一直顯示在11.7%，由于這個階段導(dǎo)葉開度設(shè)定值是一直增大的，而調(diào)速器邏輯中收到的導(dǎo)葉實(shí)際值沒有變化，從而計(jì)算出的比例閥設(shè)定值使得主配一直往開方向動作。

因?yàn)橐簤夯芈窙]有問題，所以主配正常動作，導(dǎo)葉實(shí)際開度將會繼續(xù)增大。因?yàn)槭盏降膶?shí)際值沒有變化，導(dǎo)致調(diào)速器邏輯中判斷為導(dǎo)葉實(shí)際值與設(shè)定值差值也一直在增大，從而會讓主配往開方向動作更大，導(dǎo)葉開的更快，轉(zhuǎn)速上升也加快。這樣就導(dǎo)致了本次開機(jī)過程中，轉(zhuǎn)速上升比正常情況下快了許多。

圖2 2號機(jī)開停機(jī)過程中導(dǎo)葉開度和轉(zhuǎn)速變化曲線

轉(zhuǎn)速到90%之后調(diào)速器進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模式，調(diào)速器根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速相對100%的差值以及變化趨勢，計(jì)算出的導(dǎo)葉開度設(shè)定值比當(dāng)前值小，從而使得主配往關(guān)的方向動作，實(shí)際導(dǎo)葉開度也將減小。

但由于此前轉(zhuǎn)速上升過快，在慣性作用下，轉(zhuǎn)速最高還是到了110%以上。之后，關(guān)導(dǎo)葉的效果體現(xiàn)出來，轉(zhuǎn)速開始下降。和轉(zhuǎn)速上升同樣的道理，導(dǎo)葉實(shí)際開度已經(jīng)減小了，而調(diào)速器邏輯中收到的開度實(shí)際值仍未變化，就會進(jìn)一步加大主配往關(guān)方向的動作值，導(dǎo)葉開度繼續(xù)減小，而當(dāng)轉(zhuǎn)速下降趨勢較大或者已經(jīng)小于100%時(shí)，調(diào)速器又會計(jì)算出主配往開方向動作，但因?yàn)榇藭r(shí)導(dǎo)葉實(shí)際開度已經(jīng)很小，轉(zhuǎn)速下降過快，機(jī)組轉(zhuǎn)速低于90%后，過了4 s左右時(shí)間間隔，機(jī)端電壓低至90%以下，導(dǎo)致步序62-2前提條件不滿足轉(zhuǎn)停機(jī)。

階段3：由于導(dǎo)葉開度反饋傳感器連桿球接頭軸承的球頭已與球頭座脫開，傳感器連桿已處于自由狀態(tài)，因機(jī)組振動原因，導(dǎo)致連桿向前滑動，導(dǎo)葉開度實(shí)際值突變?yōu)?7.2%，并保持不變，直到機(jī)組停穩(wěn)后導(dǎo)葉開度仍顯示為17.2%。

（4）關(guān)于調(diào)速器導(dǎo)葉位置反饋主備用關(guān)系切換的說明：我廠調(diào)速器導(dǎo)葉位置反饋傳感器共有兩個，一主用一備用。查看調(diào)速器邏輯可知，正常時(shí)優(yōu)先使用導(dǎo)葉位置反饋傳感器1，當(dāng)導(dǎo)葉位置反饋傳感器1出現(xiàn)故障且傳感器2正常時(shí)，會切換至傳感器2主用，邏輯詳見圖3。

當(dāng)出現(xiàn)導(dǎo)葉位置信號采集模塊硬件故障（PT.SW.DI.F.PEOOTM1、PT.SW.DI.F_WG_POS）或?qū)~位置反饋信號超出正常設(shè)定值上下限時(shí)，調(diào)速器邏輯就會判斷該導(dǎo)葉位置反饋傳感器故障，判斷邏輯如圖4。

圖3 導(dǎo)葉位置反饋傳感器主備用關(guān)系切換邏輯

圖4 導(dǎo)葉位置反饋傳感器故障判斷邏輯

結(jié)合此次事件相關(guān)信號分析，雖導(dǎo)葉位置反饋傳感器連桿球接頭軸承球頭與球頭座脫開，但傳感器本身并無故障且傳感器上送開度值未超出正常設(shè)定值范圍，因此未出現(xiàn)導(dǎo)葉位置反饋傳感器故障，也就未發(fā)生導(dǎo)葉位置反饋傳感器主備用切換。

2.3 確定故障點(diǎn)

經(jīng)運(yùn)維人員現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)2號機(jī)導(dǎo)葉開度位置反饋傳感器1連桿球接頭軸承由于長時(shí)間動作磨損，球頭座接口已明顯偏大，加上機(jī)組開機(jī)過程中振動較大，導(dǎo)致連桿球接頭軸承球頭從球頭座中脫落，造成導(dǎo)葉開度變化異常，是此次機(jī)組開機(jī)失敗的原因。

由上述分析可知，本次事件發(fā)生的大致過程為：2號機(jī)發(fā)電開機(jī)過程中，當(dāng)執(zhí)行到步序62-2時(shí)，由于2號機(jī)導(dǎo)葉開度反饋傳感器1連桿球接頭軸承球頭從球頭座中脫落，導(dǎo)葉開度反饋值不會變化。從而導(dǎo)致調(diào)速器增減導(dǎo)葉開度時(shí)存在超調(diào)現(xiàn)象，機(jī)組轉(zhuǎn)速快速下降，2號機(jī)勵磁V/Hz限制動作，隨后機(jī)端電壓降至90%以下，導(dǎo)致步序62-2前提條件（步序62-1完成即GBX_STP_62_1_OK）不滿足，2號機(jī)發(fā)電開機(jī)啟動失敗。

3 結(jié)束語

抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)調(diào)節(jié)中扮演重要角色，因此提高機(jī)組發(fā)電成功率意義重大。針對以上分析，根據(jù)實(shí)際情況提出幾點(diǎn)建議：

（1）舉一反三，結(jié)合機(jī)組定檢對導(dǎo)葉開度反饋傳感器健康狀態(tài)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)更換。

（2）建立機(jī)組元器件相關(guān)設(shè)備臺賬，對于使用頻繁且多年仍未更換的元器件，縮短維護(hù)周期，結(jié)合機(jī)組檢修有計(jì)劃性的進(jìn)行更換。

（3）與調(diào)速器廠家溝通，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)速器導(dǎo)葉位置反饋傳感器主備用切換邏輯。