王建

(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川康定,626001)

1 工程概況

黃金坪水電站位于甘孜藏族自治州康定縣黃金坪鄉(xiāng)境內(nèi),為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦二十二級(jí)方案的第十一級(jí)電站,上游接長(zhǎng)河壩水電站,下游接瀘定水電站[1-2]。

黃金坪水庫(kù)正常蓄水位1476.00m,死水位1472.00m,具有日調(diào)節(jié)能力[2]。電站總裝機(jī)容量850MW,采用左岸大廠房、右岸小廠房的兩個(gè)地下廠房開(kāi)發(fā)布置方式。其中左岸大廠房總裝機(jī)容量800MW,從水庫(kù)左岸引水發(fā)電,主要任務(wù)是發(fā)電;右岸小廠房總裝機(jī)容量50MW,從水庫(kù)右岸引水發(fā)電,主要任務(wù)是承擔(dān)電站脫水段(壩址～左岸大廠房尾水段間)環(huán)保供水[2]。

黃金坪水電站左岸大廠房裝有4臺(tái)20萬(wàn)kW的水輪發(fā)電機(jī)組,每?jī)膳_(tái)機(jī)組組成一個(gè)水力單元,即1#和2#機(jī)及其引水發(fā)電系統(tǒng)組成一號(hào)水力單元,3#和4#機(jī)及其引水發(fā)電系統(tǒng)組成二號(hào)水力單元。每個(gè)水力單元采用“一引水管、一上游調(diào)壓室、兩臺(tái)機(jī)、一尾水閘門(mén)室、一尾水洞”的布置格局。左岸四臺(tái)機(jī)組送出均采用“一機(jī)一變”單元接線方式,并入500kV康定變電站。右岸小廠房引水系統(tǒng)為一條直徑φ7.0m的壓力鋼管,分岔后分別引至5#、6#兩臺(tái)機(jī)組,兩臺(tái)機(jī)組共用一個(gè)尾水調(diào)壓室和一條尾水洞。右岸兩臺(tái)機(jī)組送出采用“一機(jī)一變”單元接線方式,由主變升壓至110kV后,采用擴(kuò)大單元接線方式,通過(guò)110kV黃內(nèi)線接入左岸4#主變升壓至500kV后接入系統(tǒng)。

2 事故簡(jiǎn)要過(guò)程

2017年12月12日,黃金坪1#主變C修轉(zhuǎn)檢修操作中,因500kV GIS系統(tǒng)中5003斷路器設(shè)備故障,導(dǎo)致500kV 1#/2#主變小區(qū)保護(hù)A、B套動(dòng)作,3#/4#主變小區(qū)保護(hù)A、B套動(dòng)作,使得黃康線2#開(kāi)關(guān)5002跳閘,3#機(jī)出口開(kāi)關(guān)、滅磁開(kāi)關(guān)跳閘,3#機(jī)甩負(fù)荷后轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)態(tài);4#機(jī)出口開(kāi)關(guān)、滅磁開(kāi)關(guān)跳閘,4#機(jī)甩負(fù)荷后轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)態(tài);右岸小廠房?jī)?nèi)的5#、6#機(jī)因110kV黃內(nèi)線104斷路器跳閘,導(dǎo)致5#、6#主變壓器高壓側(cè)110kV斷路器105、106及5#、6#兩臺(tái)發(fā)電機(jī)出口10.5kV斷路器相繼跳閘,滅磁開(kāi)關(guān)合位,右岸廠房5#、6#機(jī)組二級(jí)過(guò)速,觸發(fā)二級(jí)過(guò)速保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。

3 事故前運(yùn)行工況

(1)系統(tǒng):500kV黃康線運(yùn)行,5002開(kāi)關(guān)運(yùn)行,5001開(kāi)關(guān)熱備用,5003開(kāi)關(guān)分位、50031隔離刀閘合位,50032隔離刀閘分位,110kV黃內(nèi)線運(yùn)行。

(2)機(jī)組:1#機(jī)組檢修態(tài),2#機(jī)組帶主變空載運(yùn)行;3#-6#發(fā)電態(tài)運(yùn)行,3#機(jī)負(fù)荷131MW,4#機(jī)負(fù)荷130MW,5#機(jī)負(fù)荷23.3MW,6#機(jī)負(fù)荷22.6MW,全廠送出負(fù)荷300MW。

4 故障分析

該起事故屬于典型的由于500kV GIS系統(tǒng)故障,導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷與系統(tǒng)解列事故,但是正常情況下,機(jī)組甩負(fù)荷后進(jìn)入過(guò)渡調(diào)節(jié)過(guò)程,機(jī)組轉(zhuǎn)速會(huì)升高但一般不應(yīng)該觸發(fā)二級(jí)過(guò)速保護(hù)動(dòng)作。理論研究表明,適當(dāng)?shù)剡x擇分段關(guān)閉拐點(diǎn)的位置及第一段、第二段關(guān)閉的速度,可以達(dá)到降低轉(zhuǎn)速升高率和壓力升高率的目的[3]。對(duì)水輪機(jī)兩段關(guān)閉的事故甩負(fù)荷動(dòng)態(tài)數(shù)字仿真計(jì)算,影響轉(zhuǎn)速上升率βmax和水壓上升率ζmax的因素有三個(gè),即第一段關(guān)閉速度T1、第二段關(guān)閉速度T2及關(guān)閉曲線拐點(diǎn)位置[4]。因此,懷疑調(diào)速器調(diào)節(jié)特性未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)關(guān)閉特性進(jìn)行整定是導(dǎo)致機(jī)組二級(jí)過(guò)速的主要原因,因而通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)取過(guò)速狀態(tài)下導(dǎo)葉開(kāi)度曲線和轉(zhuǎn)速曲線,并進(jìn)行分析,得到兩臺(tái)機(jī)組過(guò)速狀態(tài)下的第一段關(guān)閉時(shí)間和第二段關(guān)閉時(shí)間,然后與導(dǎo)葉設(shè)計(jì)關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行比對(duì)分析。

5 導(dǎo)葉實(shí)際關(guān)閉特性與設(shè)計(jì)定值比對(duì)分析

5.1 設(shè)計(jì)院確定的導(dǎo)葉關(guān)閉曲線

導(dǎo)葉采用兩段關(guān)閉,第一段關(guān)閉時(shí)長(zhǎng)5s(從100%關(guān)到40%),第二段關(guān)閉時(shí)長(zhǎng)11s(從40%關(guān)到0)拐點(diǎn)在接力器40%行程處,總時(shí)長(zhǎng)16s[5]。導(dǎo)葉分段關(guān)閉曲線如圖1所示。

圖1 導(dǎo)葉分段關(guān)閉曲線

5.2 過(guò)速狀態(tài)下導(dǎo)葉實(shí)際關(guān)閉特性

由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)查詢可知:右岸廠房5#、6#兩臺(tái)機(jī)組都是從14∶34∶49開(kāi)始過(guò)速,至14∶34∶55二級(jí)過(guò)速保護(hù)動(dòng)作停機(jī),歷時(shí)6s,為了方便與設(shè)計(jì)曲線比對(duì)分析,將機(jī)組過(guò)渡調(diào)節(jié)過(guò)程中有關(guān)參數(shù)列表如表1。

表1 機(jī)組過(guò)速前后特征參數(shù)分析

經(jīng)表1對(duì)比發(fā)現(xiàn),兩臺(tái)機(jī)過(guò)速時(shí)導(dǎo)葉的關(guān)閉規(guī)律均不符合設(shè)計(jì)院確定的關(guān)閉規(guī)律要求,并且在第一段關(guān)閉過(guò)程中,機(jī)組轉(zhuǎn)速就已經(jīng)觸發(fā)二級(jí)過(guò)速保護(hù)動(dòng)作值,驗(yàn)證了調(diào)速器實(shí)際關(guān)閉特性不滿足設(shè)計(jì)院下發(fā)的定值要求,是導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷過(guò)速的主要原因。

6 機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果核實(shí)情況

6.1 主機(jī)廠過(guò)渡過(guò)程調(diào)節(jié)計(jì)算成果

導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律采用2段關(guān)閉,第1段關(guān)閉時(shí)間為3.8s,關(guān)至接力器行程的38%,接力器總關(guān)閉時(shí)間為13s[6]。采用上述導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行過(guò)渡過(guò)程計(jì)算,在發(fā)電機(jī)GD2(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)不小于850t·m2條件下,在水輪機(jī)全部運(yùn)行范圍內(nèi),兩臺(tái)機(jī)同時(shí)甩滿負(fù)荷時(shí),最不利的工況下,機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率為50%,蝸殼最大壓力上升值為92.5m,尾水管最大真空值為3.8m[6]。

6.2 設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)調(diào)節(jié)保證計(jì)算的要求

依據(jù)《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5186-2004)[7]:

第4.3.4條:“機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)的最大轉(zhuǎn)速升高率保證值,按以下不同情況選取:當(dāng)機(jī)組容量占系統(tǒng)工作總?cè)萘勘戎夭淮?或不擔(dān)負(fù)調(diào)頻時(shí),宜小于60%。”

第4.3.5條:“機(jī)組甩負(fù)荷的蝸殼最大壓力升高率保證值,按以下不同情況選取:額定水頭為40m～100m時(shí),宜為50%～30%,并應(yīng)按計(jì)算值留有適當(dāng)裕度確定?！?/p>

第4.3.8條:“甩負(fù)荷時(shí),尾水管進(jìn)口斷面的最大真空保證值應(yīng)不大于0.08MPa?！?/p>

7 結(jié)論與處理結(jié)果

通過(guò)復(fù)核主機(jī)廠機(jī)組過(guò)度調(diào)節(jié)過(guò)程計(jì)算成果與設(shè)計(jì)規(guī)范要求,確定機(jī)組特性(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)與調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果均符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求,排除了因機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不滿足過(guò)渡調(diào)節(jié)過(guò)程而導(dǎo)致二級(jí)過(guò)速的可能性。電廠按照設(shè)計(jì)出具的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律定值對(duì)調(diào)速器的關(guān)機(jī)時(shí)間進(jìn)行了重新整定,并經(jīng)甩負(fù)荷試驗(yàn)驗(yàn)證,機(jī)組蝸殼壓力上升率和轉(zhuǎn)速上升率均符合設(shè)計(jì)要求,處理方法正確,徹底解決了機(jī)組甩負(fù)荷二級(jí)過(guò)速的缺陷。