王建

(四川大唐國際甘孜水電開發(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)整推薦二十二級方案的第十一級電站,上游接長河壩水電站,下游接瀘定水電站[1-2]。

黃金坪水庫正常蓄水位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、右岸小廠房的兩個地下廠房開發(fā)布置方式。其中左岸大廠房總裝機(jī)容量800MW,從水庫左岸引水發(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20萬kW的水輪發(fā)電機(jī)組,每兩臺機(jī)組組成一個水力單元,即1#和2#機(jī)及其引水發(fā)電系統(tǒng)組成一號水力單元,3#和4#機(jī)及其引水發(fā)電系統(tǒng)組成二號水力單元。每個水力單元采用“一引水管、一上游調(diào)壓室、兩臺機(jī)、一尾水閘門室、一尾水洞”的布置格局。左岸四臺機(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#兩臺機(jī)組,兩臺機(jī)組共用一個尾水調(diào)壓室和一條尾水洞。右岸兩臺機(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 事故簡要過程

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套動作,3#/4#主變小區(qū)保護(hù)A、B套動作,使得黃康線2#開關(guān)5002跳閘,3#機(jī)出口開關(guān)、滅磁開關(guān)跳閘,3#機(jī)甩負(fù)荷后轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)態(tài);4#機(jī)出口開關(guān)、滅磁開關(guān)跳閘,4#機(jī)甩負(fù)荷后轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)態(tài);右岸小廠房內(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#兩臺發(fā)電機(jī)出口10.5kV斷路器相繼跳閘,滅磁開關(guān)合位,右岸廠房5#、6#機(jī)組二級過速,觸發(fā)二級過速保護(hù)動作停機(jī)。

3 事故前運行工況

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

(2)機(jī)組:1#機(jī)組檢修態(tài),2#機(jī)組帶主變空載運行;3#-6#發(fā)電態(tài)運行,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)入過渡調(diào)節(jié)過程,機(jī)組轉(zhuǎn)速會升高但一般不應(yīng)該觸發(fā)二級過速保護(hù)動作。理論研究表明,適當(dāng)?shù)剡x擇分段關(guān)閉拐點的位置及第一段、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]。對水輪機(jī)兩段關(guān)閉的事故甩負(fù)荷動態(tài)數(shù)字仿真計算,影響轉(zhuǎn)速上升率βmax和水壓上升率ζmax的因素有三個,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)計關(guān)閉特性進(jìn)行整定是導(dǎo)致機(jī)組二級過速的主要原因,因而通過計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)取過速狀態(tài)下導(dǎo)葉開度曲線和轉(zhuǎn)速曲線,并進(jìn)行分析,得到兩臺機(jī)組過速狀態(tài)下的第一段關(guān)閉時間和第二段關(guān)閉時間,然后與導(dǎo)葉設(shè)計關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行比對分析。

5 導(dǎo)葉實際關(guān)閉特性與設(shè)計定值比對分析

5.1 設(shè)計院確定的導(dǎo)葉關(guān)閉曲線

導(dǎo)葉采用兩段關(guān)閉,第一段關(guān)閉時長5s(從100%關(guān)到40%),第二段關(guān)閉時長11s(從40%關(guān)到0)拐點在接力器40%行程處,總時長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 過速狀態(tài)下導(dǎo)葉實際關(guān)閉特性

由計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)查詢可知:右岸廠房5#、6#兩臺機(jī)組都是從14∶34∶49開始過速,至14∶34∶55二級過速保護(hù)動作停機(jī),歷時6s,為了方便與設(shè)計曲線比對分析,將機(jī)組過渡調(diào)節(jié)過程中有關(guān)參數(shù)列表如表1。

表1 機(jī)組過速前后特征參數(shù)分析

經(jīng)表1對比發(fā)現(xiàn),兩臺機(jī)過速時導(dǎo)葉的關(guān)閉規(guī)律均不符合設(shè)計院確定的關(guān)閉規(guī)律要求,并且在第一段關(guān)閉過程中,機(jī)組轉(zhuǎn)速就已經(jīng)觸發(fā)二級過速保護(hù)動作值,驗證了調(diào)速器實際關(guān)閉特性不滿足設(shè)計院下發(fā)的定值要求,是導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷過速的主要原因。

6 機(jī)組調(diào)節(jié)保證計算成果核實情況

6.1 主機(jī)廠過渡過程調(diào)節(jié)計算成果

導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律采用2段關(guān)閉,第1段關(guān)閉時間為3.8s,關(guān)至接力器行程的38%,接力器總關(guān)閉時間為13s[6]。采用上述導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行過渡過程計算,在發(fā)電機(jī)GD2(轉(zhuǎn)動慣量)不小于850t·m2條件下,在水輪機(jī)全部運行范圍內(nèi),兩臺機(jī)同時甩滿負(fù)荷時,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)計規(guī)范對調(diào)節(jié)保證計算的要求

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

第4.3.4條:“機(jī)組甩負(fù)荷時的最大轉(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,宜小于60%?！?/p>

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,宜為50%～30%,并應(yīng)按計算值留有適當(dāng)裕度確定?！?/p>

第4.3.8條:“甩負(fù)荷時,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

通過復(fù)核主機(jī)廠機(jī)組過度調(diào)節(jié)過程計算成果與設(shè)計規(guī)范要求,確定機(jī)組特性(轉(zhuǎn)動慣量)與調(diào)節(jié)保證計算成果均符合設(shè)計規(guī)范要求,排除了因機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量不滿足過渡調(diào)節(jié)過程而導(dǎo)致二級過速的可能性。電廠按照設(shè)計出具的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律定值對調(diào)速器的關(guān)機(jī)時間進(jìn)行了重新整定,并經(jīng)甩負(fù)荷試驗驗證,機(jī)組蝸殼壓力上升率和轉(zhuǎn)速上升率均符合設(shè)計要求,處理方法正確,徹底解決了機(jī)組甩負(fù)荷二級過速的缺陷。