趙 晨，李明武

(湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000)

峽口塘水電廠位于湖北省利川市西南部郁江干流(湖北段)中下游，共安裝2臺單機容量29 MW的立式混流式水輪發(fā)電機組。水電廠配置合理的水機保護可有效防止事故的產(chǎn)生和避免事故擴大，從而保障人和設(shè)備的安全不受損害并將損害降到最低限度。自俄羅斯薩揚特大水電廠事故以來，行業(yè)對于水電廠的安全提升到了新的層面，而水機保護設(shè)計的科學(xué)性、運行的可靠性首當(dāng)其沖，在許多技術(shù)會議的討論、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件的修編中也進行了強調(diào)和規(guī)范[1]。本文簡要介紹了峽口塘電廠水機保護的配置情況，以及參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T 1969-2019 水電廠水力機械保護配置導(dǎo)則》，提出了對部分水機保護回路的優(yōu)化改造方案。

1 峽口塘電廠水機保護配置

水機保護由獨立于水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的、用于實現(xiàn)水力機械保護功能的可編程控制器或簡化的獨立繼電器回路實現(xiàn)，是水輪發(fā)電機組及輔助設(shè)備出現(xiàn)事故、緊急事故時能實現(xiàn)事故停機、緊急事故停機的保護[2]。

1.1 峽口塘電廠水機保護類型

峽口塘電廠水機保護設(shè)有保護電氣事故、機組軸瓦溫度過高保護、調(diào)速器事故低油壓保護、機組過速保護等。

1)保護電氣事故。發(fā)電機保護作用于水機保護事故停機。發(fā)電機差動保護、定子接地保護等保護動作時，動作跳閘并將保護動作信號送水機保護啟動事故停機。

2)機組軸瓦溫度過高保護。水輪發(fā)電機組軸承(上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)、水導(dǎo))溫度升高通常是由于冷卻效果不良或冷卻水水壓低、冷卻水中斷等原因引起，如不及時消除，將會導(dǎo)致燒瓦事故的發(fā)生。

3)調(diào)速器事故低油壓保護。調(diào)速器事故低油壓是由于調(diào)速器壓油系統(tǒng)油泵故障或管路漏油、跑油等原因?qū)е抡{(diào)速器油壓降低到事故低油壓定值。調(diào)速器事故低油壓會導(dǎo)致機組導(dǎo)葉失控，并網(wǎng)機組無法調(diào)節(jié)負(fù)荷，一旦此時機組事故跳閘，會導(dǎo)致機組過速甚至發(fā)生飛逸事故。

4)機組過速保護。機組過速的原因有并網(wǎng)機組突然甩負(fù)荷；調(diào)速器失靈，如：調(diào)速器測頻信號故障或消失，調(diào)速器壓力油混有雜質(zhì)或鐵屑導(dǎo)致調(diào)速器收到正常關(guān)閉導(dǎo)葉命令后主配發(fā)卡[3]等。機組發(fā)生過速事故，會損害水輪發(fā)電機組部件，如不及時消除，進一步發(fā)展為飛逸事故，將嚴(yán)重危害機組、電廠安全運行。

1.2 峽口塘電廠水機保護配置

峽口塘電廠水機保護回路分為事故停機和緊急事故停機，由獨立于水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的若干中間繼電器、按鈕、壓板等組成的繼電器邏輯回路實現(xiàn)，如圖1和圖2所示。

圖1 水機保護圖1

1)事故停機。事故停機起動源包括保護電氣事故-2SZJ、機組軸瓦溫度過高-1SZJ、調(diào)速器事故低油壓-5SZJ，事故停機啟動后中間繼電器-STJ1、-STJ2、-STJ3動作，動作于跳滅磁開關(guān)、勵磁停機、調(diào)速器停機、投調(diào)速器緊急停機電磁閥。

2)緊急事故停機。緊急事故停機起動源包括電氣過速145%額定轉(zhuǎn)速-3SZJ、機械過速154%額定轉(zhuǎn)速-7SZJ、事故停機(-STJ2)過程中剪斷銷剪斷-4SZJ、手動緊急停機按鈕按下，緊急事故停機啟動后中間繼電器-JTJ1、-JTJ2動作，動作于快速關(guān)閉進水蝶閥，同時跳滅磁開關(guān)、勵磁停機、調(diào)速器停機、投調(diào)速器緊急停機電磁閥。

2 峽口塘電廠水機保護優(yōu)化

2.1 水機保護供電回路優(yōu)化

峽口塘電廠水機保護采用DC220V直流電源，由機組現(xiàn)地控制單元LCU一路AC220V交流電源、一路DC220V直流電源經(jīng)NSD RDQH-100雙電源自動切換開關(guān)整流后所得的DC220V直流電源供電，如圖3所示。

圖2 水機保護圖2

圖3 水機保護回路電源圖

為了保證水機保護回路電源穩(wěn)定、可靠，并獨立于機組LCU，使之符合《DL/T 1969-2019水電廠水力機械保護配置導(dǎo)則》《DL/T 5065-2009水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中水力機械保護回路的電源應(yīng)獨立于機組現(xiàn)地控制單元LCU的電源[2,4]的規(guī)定，擬將水機保護供電回路優(yōu)化為直接自電廠DC220V直流系統(tǒng)取電，分別自電廠DC220V直流系統(tǒng)Ⅰ段、Ⅱ段饋電母線取一路電源作為1、2號機組水機保護電源開關(guān)-3QF2進線電源。

2.2 機組軸瓦溫度過高保護回路優(yōu)化

峽口塘電廠機組軸瓦溫度過高保護有上導(dǎo)瓦溫過高保護2個、推力瓦溫過高保護4個、下導(dǎo)瓦溫過高保護2個、水導(dǎo)瓦溫過高保護1個。每個軸瓦溫度過高保護由同一軸承臨近的2塊瓦溫表的溫度過高報警接點串聯(lián)輸出啟動事故停機。

原瓦溫表采用主機廠配套的億江WP-C型溫度監(jiān)控儀，該溫度表受電磁干擾等影響輸出不穩(wěn)定，易造成水機保護誤動，且易損壞，導(dǎo)致成本較高。為提高水機保護的可靠性，參照清江公司多年實踐經(jīng)驗，將瓦溫表全部更換為法國JM Concept公司XALIS 3400P1型溫度表，可防電磁干擾等，具有極高的可靠性和穩(wěn)定性。

此外，該溫度表電源為AC220V，其可靠性受廠用電可靠性影響。為防止該溫度表在倒廠用電等情況下出錯，甚至于誤動，將該溫度表電源改造為由電廠DC220V直流系統(tǒng)經(jīng)開關(guān)電源輸出DC24V電源供電。

通過將軸瓦溫度表更換型號并采用直流電源后，實踐運用證明，極大提高了機組軸瓦溫度保護的可靠性。

2.3 調(diào)速器事故低油壓保護回路優(yōu)化

峽口塘電廠調(diào)速器事故低油壓保護僅啟動事故停機，中間繼電器-STJ1、-STJ2、-STJ3動作，動作于跳滅磁開關(guān)、勵磁停機、調(diào)速器停機、投調(diào)速器緊急停機電磁閥。而機組在調(diào)速器事故低油壓的情況下，應(yīng)啟動緊急事故停機，關(guān)閉進水蝶閥，可靠截斷上游來水，切斷水輪機原動力，保障機組安全。為符合《DL/T 1969-2019水電廠水力機械保護配置導(dǎo)則》中調(diào)速器壓力降低到事故低油壓定值時應(yīng)動作于緊急事故停機[2]的規(guī)定，將中間繼電器-5SZJ事故低油壓開出接點改接至水機保護緊急事故停機回路，如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后事故低油壓保護回路圖

2.4 水機保護關(guān)進水蝶閥回路優(yōu)化

峽口塘電廠為壩后引水式電站，每臺機組蝸殼前裝有1臺直徑3.5 m的洪城PDF100-WY-430型進水液壓蝶閥。該進水液壓蝶閥系統(tǒng)由液壓蝶閥主閥、液壓旁通閥、液壓鎖錠、機械鎖錠、旁通管路系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)等組成。機組在任何運行工況下，該進水蝶閥能動水關(guān)閉，且不產(chǎn)生有害振動[5]，關(guān)閉時間滿足機組防飛逸保護的要求[6]。當(dāng)機組發(fā)生過速事故，機組轉(zhuǎn)速升高到整定值的情況下，水機保護啟動緊急事故停機，關(guān)閉進水蝶閥能可靠截斷上游來水，切斷水輪機原動力，防止事故擴大化，保證機組安全。

峽口塘電廠水機保護啟動緊急事故停機后中間繼電器-JTJ1動作，動作于關(guān)閉進水蝶閥。優(yōu)化改造前，中間繼電器-JTJ1緊急事故停機動作開出關(guān)閉進水蝶閥的接點接入機組進水蝶閥控制系統(tǒng)PLC的“遠(yuǎn)控-緊急關(guān)閥”開入接點，由PLC緊急關(guān)閥流程關(guān)閉進水蝶閥。

進水蝶閥PLC緊急關(guān)閥流程為：關(guān)主閥→投液壓鎖錠→關(guān)液壓旁通閥，需滿足前置條件：主閥全開到位、液壓旁通閥全開到位、液壓鎖錠拔出到位、機械鎖錠拔出到位。在機組出現(xiàn)過速事故，水機保護緊急事故停機啟動緊急關(guān)閉進水蝶閥時，若出現(xiàn)①因行程開關(guān)故障等原因?qū)е轮鏖y全開到位、液壓旁通閥全開到位、液壓鎖錠拔出到位、機械鎖錠拔出到位信號之一消失，不滿足進水蝶閥PLC緊急關(guān)閥流程條件；②進水蝶閥PLC失電、故障等情況時，將不能可靠關(guān)閉進水蝶閥，使得事故擴大，危害機組安全。

為防止出現(xiàn)上述情況，將中間繼電器-JTJ1緊急事故停機動作關(guān)閉進水蝶閥開出接點改接至進水蝶閥獨立于PLC的緊急關(guān)閥回路，如圖5所示，使水機保護啟動緊急事故停機時，中間繼電器-JTJ1動作，能可靠關(guān)閉進水蝶閥，切斷水輪機原動力，防止事故擴大化，保證機組安全。

圖5 優(yōu)化后水機保護緊急關(guān)閥回路圖

3 結(jié) 語

本文簡要介紹了峽口塘電廠水機保護的配置情況，以及參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出了對部分水機保護回路的優(yōu)化改造方案。上文所述優(yōu)化改造方案，軸瓦溫度保護、水機保護關(guān)進水蝶閥回路優(yōu)化方案已實施改造，經(jīng)模擬試驗驗證，能可靠、正確動作；水機保護供電回路優(yōu)化、調(diào)速器事故低油壓保護回路優(yōu)化方案暫未實施，待擇機進行改造。作為水電廠機組機械部分故障時的主要保護，水機保護配置的完善與否直接影響機組的安全穩(wěn)定運行，水機保護的合理優(yōu)化為峽口塘電廠水輪發(fā)電機組的穩(wěn)定運行提供了可靠保障。