常 正 鵬， 張 皓 鵬， 曹 倫

(阿壩水電開發(fā)有限公司，四川 黑水 624000)

0 引 言

柳坪水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州茂縣境內(nèi)，為引水式電站，安裝三臺(tái)機(jī)組，裝機(jī)容量120 MW(3×40 MW)。

柳坪水電站3F機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置經(jīng)過十余年的運(yùn)行，齒盤測(cè)速裝置和電氣測(cè)速裝置都是單信號(hào)源輸入，并且輸出信號(hào)沒有閉鎖邏輯，容易造成誤動(dòng)，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成了一定的隱患。此外機(jī)組無爬行監(jiān)測(cè)裝置，現(xiàn)場(chǎng)多次因?qū)~間隙漏水量較大，停機(jī)流程完成后機(jī)組發(fā)生蠕動(dòng)的情況。針對(duì)這種情況，經(jīng)咨詢論證，升級(jí)轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置可以有效避免上述問題的發(fā)生。

1 轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置組成及問題

1.1 轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置的組成

柳坪水電站3F機(jī)組振擺測(cè)速柜電氣測(cè)速裝置為四川中鼎ZDZK-Ⅲ電腦轉(zhuǎn)速測(cè)控儀電氣測(cè)速裝置，與齒盤測(cè)速裝置ZDZK-C電腦轉(zhuǎn)速測(cè)控儀共同構(gòu)成柳坪3F機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置，供現(xiàn)地監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速，并輸出開關(guān)量和模擬量至3F機(jī)組LCU和水機(jī)保護(hù)回路，為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速上位機(jī)監(jiān)視、信號(hào)告警、機(jī)組流程控制、以及事故跳閘依據(jù)。

齒盤測(cè)速裝置ZDZK-C電腦轉(zhuǎn)速測(cè)控儀采用單路齒盤傳感器作為輸入信號(hào)源，共有6路開關(guān)量輸出，開關(guān)量輸出信號(hào)分別是J1(轉(zhuǎn)速<5%)，J2(轉(zhuǎn)速<25%)，J3(轉(zhuǎn)速>90%,備用)，J4(轉(zhuǎn)速>95%)，J5(轉(zhuǎn)速>115%)，J6(轉(zhuǎn)速>140%)。

電氣測(cè)速裝置ZDZK-Ⅲ電腦轉(zhuǎn)速測(cè)控儀采用機(jī)組出口PT電壓作為輸入信號(hào)源，共有6路開關(guān)量輸出，開關(guān)量輸出信號(hào)分別是J1(轉(zhuǎn)速<5%)，J2(轉(zhuǎn)速<25%)，J3(轉(zhuǎn)速>90%,備用)，J4(轉(zhuǎn)速>95%)，J5(轉(zhuǎn)速>115%)，J6(轉(zhuǎn)速>140%)。

電氣測(cè)速裝置和齒盤測(cè)速裝置開關(guān)量輸出J1(轉(zhuǎn)速<5%)接點(diǎn)并聯(lián)接入監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速小于5%信號(hào)點(diǎn)，作為機(jī)組全停轉(zhuǎn)速判據(jù)。

電氣測(cè)速裝置和齒盤測(cè)速裝置開關(guān)量輸出J2(轉(zhuǎn)速<25%)接點(diǎn)并聯(lián)接入監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速小于25%信號(hào)點(diǎn)，作為機(jī)組停機(jī)流程中投入制動(dòng)閘判據(jù)。

電氣測(cè)速裝置和齒盤測(cè)速裝置開關(guān)量輸出J4(轉(zhuǎn)速>95%)接點(diǎn)并聯(lián)接入監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于95%信號(hào)點(diǎn)，作為機(jī)組開機(jī)流程中勵(lì)磁系統(tǒng)開機(jī)令判據(jù)。

電氣測(cè)速裝置和齒盤測(cè)速裝置開關(guān)量輸出J5(轉(zhuǎn)速>115%)接點(diǎn)并聯(lián)接入監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115 %信號(hào)點(diǎn)，與主配拒動(dòng)信號(hào)配合作為機(jī)組事故停機(jī)判據(jù)和一級(jí)過速水機(jī)事故停機(jī)的判據(jù)。

電氣測(cè)速裝置和齒盤測(cè)速裝置開關(guān)量輸出J6(轉(zhuǎn)速>140%)接點(diǎn)并聯(lián)接入監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于140%信號(hào)點(diǎn)，作為機(jī)組二級(jí)過速判據(jù)和二級(jí)過速水機(jī)事故停機(jī)的判據(jù)。

柳坪水電站3F機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控回路見圖1。

圖1 柳坪水電站3F機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控回路

1.2 存在的問題

(1)齒盤測(cè)速裝置ZDZK-C電腦轉(zhuǎn)速測(cè)控儀為單齒盤信號(hào)源輸入，且輸出信號(hào)沒有閉鎖邏輯，裝置輸出信號(hào)有一定的誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 電氣測(cè)速裝置ZDZK-Ⅲ電腦轉(zhuǎn)速測(cè)控儀為機(jī)組PT電壓?jiǎn)涡盘?hào)源輸入，且輸出信號(hào)沒有閉鎖邏輯，裝置輸出信號(hào)有一定的誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

(3)齒盤測(cè)速裝置與電氣測(cè)速裝置輸出點(diǎn)并聯(lián)輸出，沒有輸出閉鎖；機(jī)組已發(fā)生過在運(yùn)行過程中誤報(bào)機(jī)組轉(zhuǎn)速<5%信號(hào)，在停機(jī)過程中誤報(bào)機(jī)組轉(zhuǎn)速>140%信號(hào)并誤啟動(dòng)事故停機(jī)流程的故障。

(4)電氣測(cè)速裝置和齒盤測(cè)速裝置開關(guān)量輸出J2(轉(zhuǎn)速<25%)接點(diǎn)并聯(lián)接入監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速小于25%信號(hào)點(diǎn)，作為機(jī)組停機(jī)流程中投入制動(dòng)閘直接判據(jù)。在2020年柳坪2F機(jī)組修后啟動(dòng)試驗(yàn)和柳坪3F機(jī)組修后啟動(dòng)試驗(yàn)過程中，分別因機(jī)組殘壓較低和機(jī)組PT未投入，造成電氣測(cè)速裝置無法測(cè)得電氣轉(zhuǎn)速，電氣測(cè)速裝置轉(zhuǎn)速信號(hào)為0 Hz，機(jī)組轉(zhuǎn)速開關(guān)量輸出J1(轉(zhuǎn)速<5%)和J2(轉(zhuǎn)速<25%)接點(diǎn)動(dòng)作，造成機(jī)組停機(jī)過程高轉(zhuǎn)速時(shí)投入制動(dòng)閘，對(duì)機(jī)組剎車系統(tǒng)造成較大影響，同時(shí)也對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成了一定的隱患[1]。

(5)柳坪水電站機(jī)組無爬行監(jiān)測(cè)裝置，現(xiàn)場(chǎng)多次因?qū)~間隙漏水量較大，停機(jī)流程完成后機(jī)組發(fā)生蠕動(dòng)的情況，現(xiàn)場(chǎng)在少人值守的情況下無法及時(shí)處置該問題。

2 改造思路及措施

2.1 改造思路

柳坪水電站3F機(jī)組齒盤測(cè)速裝置和電氣測(cè)速裝置都是單信號(hào)源輸入且無爬行監(jiān)測(cè)裝置的問題可以通過升級(jí)測(cè)速裝置的手段來解決；輸出信號(hào)沒有閉鎖邏輯，容易造成誤動(dòng)的問題可以采用優(yōu)化開出回路的方法來避免誤動(dòng)。

2.2 升級(jí)齒盤測(cè)速裝置

針對(duì)柳坪水電站3F機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置存在的問題，將ZDZK-C齒盤測(cè)速裝置升級(jí)為科明CM-200微機(jī)測(cè)速裝置(簡(jiǎn)稱CM-200裝置)。CM-200裝置采用的是現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)，配以先進(jìn)可靠的電氣轉(zhuǎn)速傳感器和機(jī)械轉(zhuǎn)速傳感器，同時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓頻率和機(jī)械轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的測(cè)量和控制。現(xiàn)在隨著發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量的精準(zhǔn)度與保護(hù)的可靠性要求越來越高，原有測(cè)速裝置已不能完全滿足要求。CM-200裝置為了解決以往各個(gè)類型的測(cè)速裝置所存在的缺陷和電站保護(hù)及自動(dòng)監(jiān)控的專門要求，采取了以下突破性的設(shè)計(jì)方法：(1)同時(shí)采用電氣、機(jī)械兩種測(cè)速原理，三路信號(hào)輸入，有機(jī)結(jié)合。(2)專門設(shè)計(jì)了獨(dú)特的電氣轉(zhuǎn)速傳感器，徹底解決了殘壓信號(hào)超低頻率、超低幅值時(shí)難以準(zhǔn)確可靠測(cè)量的難題。(3)采用先進(jìn)的便于安裝的機(jī)械轉(zhuǎn)速傳感器，克服了傳統(tǒng)使用的光電傳感器或編碼器安裝困難及由此帶來的可靠性差等問題，而且還能正確區(qū)別機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向，滿足抽水蓄能電站機(jī)組不同運(yùn)行工況下的測(cè)速要求。(4)可廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速測(cè)量與保護(hù)，亦可用于其他工業(yè)領(lǐng)域中需要測(cè)速的場(chǎng)合，還可單獨(dú)作為測(cè)頻表使用。(5)具備水輪機(jī)導(dǎo)葉位置輸入接口回路，可以更加及時(shí)準(zhǔn)確判斷水輪機(jī)停機(jī)狀態(tài)下潛動(dòng)(爬行)，以保護(hù)機(jī)組安全[2]。

CM-200裝置采用了PI+FI測(cè)速模式，經(jīng)過升級(jí)齒盤測(cè)速探頭，由單齒盤測(cè)速探頭升級(jí)為雙齒盤測(cè)速探頭，并增加PT信號(hào)源輸入；增加導(dǎo)葉全關(guān)信號(hào)輸入，作為機(jī)組爬行的判據(jù)之一[3]。

2.3 優(yōu)化機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控開出回路

機(jī)組轉(zhuǎn)速<5%信號(hào)：取自CM-200裝置開關(guān)量N1，作為機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)速判據(jù)。

機(jī)組轉(zhuǎn)速<25%信號(hào)：取自CM-200裝置開關(guān)量N2，作為機(jī)組停機(jī)流程中投入制動(dòng)閘判據(jù)。

機(jī)組轉(zhuǎn)速>95%信號(hào)：取自CM-200裝置開關(guān)量N4，作為機(jī)組開機(jī)流程中勵(lì)磁系統(tǒng)開機(jī)令判據(jù)。

機(jī)組轉(zhuǎn)速>115%信號(hào)：第一路信號(hào)取自ZDZK-Ⅲ電氣測(cè)速裝置開關(guān)量J5(轉(zhuǎn)速>115%)，串聯(lián)接入J3(轉(zhuǎn)速>90%)作為輸出閉鎖條件；第二路信號(hào)取自CM-200裝置開關(guān)量N5(轉(zhuǎn)速>115%)；兩路信號(hào)并聯(lián)接入3F機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115 %信號(hào)點(diǎn)，與主配拒動(dòng)信號(hào)配合作為機(jī)組事故停機(jī)判據(jù)和一級(jí)過速水機(jī)事故停機(jī)的判據(jù)。

機(jī)組轉(zhuǎn)速>140%信號(hào)：第一路信號(hào)取自ZDZK-Ⅲ電氣測(cè)速裝置開關(guān)量J6(轉(zhuǎn)速>140%)，串聯(lián)接入J4(轉(zhuǎn)速>95%)作為輸出閉鎖條件；第二路信號(hào)取自CM-200裝置開關(guān)量N6；兩路信號(hào)并聯(lián)接入3F機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于140%信號(hào)點(diǎn)，作為機(jī)組二級(jí)過速判據(jù)和二級(jí)過速水機(jī)事故停機(jī)的判據(jù)。

優(yōu)化與改造后的轉(zhuǎn)速測(cè)控回路見圖2。

圖2 優(yōu)化與改造后的轉(zhuǎn)速測(cè)控回路

2.4 增加機(jī)組蠕動(dòng)監(jiān)測(cè)

將水輪機(jī)導(dǎo)葉位置輸入CM200裝置，可以更加及時(shí)準(zhǔn)確地判斷水輪機(jī)停機(jī)狀態(tài)下的蠕動(dòng)，并將機(jī)組蠕動(dòng)信號(hào)和CM-200裝置告警信號(hào)送至監(jiān)控系統(tǒng)，方便運(yùn)行人員監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。

3 結(jié) 語

機(jī)組轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確測(cè)量是發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障之一，轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)有兩套不同原理的裝置，即電氣測(cè)速和機(jī)械測(cè)速，通過可靠的電氣轉(zhuǎn)速傳感器和機(jī)械轉(zhuǎn)速傳感器，同時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓頻率和機(jī)械轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)[4]，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的測(cè)量和控制。目前，柳坪水電站3F機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置通過升級(jí)原齒盤測(cè)速裝置為CM-200微機(jī)測(cè)速裝置，優(yōu)化了轉(zhuǎn)速測(cè)控開出回路，現(xiàn)已完成升級(jí)改造，改造后解決了之前存在的齒盤測(cè)速裝置和電氣測(cè)速裝置都是單信號(hào)源輸入且輸出信號(hào)沒有閉鎖邏輯容易造成誤動(dòng)和無爬行監(jiān)測(cè)的問題。提高了柳坪3F機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置整體可靠性，優(yōu)化了監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速和狀態(tài)監(jiān)視的準(zhǔn)確性[5]，降低了機(jī)組順控流程誤投入制動(dòng)閘的風(fēng)險(xiǎn)，降低了機(jī)組電氣一級(jí)過速和電氣二級(jí)過速誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，增加了機(jī)組爬行監(jiān)測(cè)功能，提高了機(jī)組運(yùn)行安全性。

根據(jù)柳坪水電站3F機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)控回路的成功優(yōu)化與改造的經(jīng)驗(yàn)，計(jì)劃推廣應(yīng)用到阿壩水電開發(fā)有限公司柳坪和雅都水電站其余五臺(tái)機(jī)組，屆時(shí)將提高阿壩水電開發(fā)有限公司機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。