某水電站機(jī)組高轉(zhuǎn)速加閘原因分析及防范

駱沛垚，車 平

（中國電力建設(shè)集團(tuán)/四川水電開發(fā)有限公司，四川 樂山 614000）

0 引言

四川某水電站1F 機(jī)組是裝機(jī)容量為44 MW 混流式水輪發(fā)電機(jī)組，2022 年該機(jī)組進(jìn)行A 級檢修，機(jī)組回裝、無水試驗(yàn)完成，進(jìn)入有水試驗(yàn)階段，根據(jù)啟動(dòng)試運(yùn)行大綱有水試驗(yàn)正常，機(jī)組短路升流試驗(yàn)完成后，立即進(jìn)入純機(jī)械過速試驗(yàn)，在該試驗(yàn)過程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降至接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組高轉(zhuǎn)速加閘。本文對此進(jìn)行背景介紹及原因分析，并提出防范措施。

1 制動(dòng)閘基本結(jié)構(gòu)及控制原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

該水電站1號機(jī)組制動(dòng)裝置由4個(gè)制動(dòng)閘組成，結(jié)構(gòu)如圖1 所示?；钊麨闅鈴?fù)位形式，最大直徑Φ220 mm，最大行程35 mm，制動(dòng)氣壓0.7 MPa。

圖1 制動(dòng)閘結(jié)構(gòu)圖

1.2 控制原理

該水電站1 號機(jī)組采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的方式，正常停機(jī)時(shí)，在80%額定轉(zhuǎn)速至20%額定轉(zhuǎn)速投入電氣制動(dòng)，故障情況下（滅磁開關(guān)跳閘）不投入電氣制動(dòng)，在20%額定轉(zhuǎn)速下直接投入機(jī)械制動(dòng)。

該電站采用齒盤測速和殘壓測速裝置，正常情況下以齒盤測速為準(zhǔn)，齒盤信號故障則切換至殘壓測速。測速裝置輸出開關(guān)量接點(diǎn)分別送監(jiān)控、勵(lì)磁等系統(tǒng)，作用于報(bào)警、投電制動(dòng)、加閘和起勵(lì)等作業(yè)。

2 事故分析

2.1 事故背景

2022 年度，該水電站1 號機(jī)組A 修施工完成并完成回裝，機(jī)組無水試驗(yàn)完成，進(jìn)入有水試驗(yàn)階段，根據(jù)啟動(dòng)試運(yùn)行大綱有水試驗(yàn)正常，機(jī)組短路升流試驗(yàn)完成。

升壓完成后立即進(jìn)入純機(jī)械過速試驗(yàn)，機(jī)組手動(dòng)升速至140%，轉(zhuǎn)速達(dá)到140%后，轉(zhuǎn)速信號正常，純機(jī)械過速裝置未動(dòng)作，手動(dòng)關(guān)閉導(dǎo)葉，機(jī)組轉(zhuǎn)速開始下降。接近額定轉(zhuǎn)速115%時(shí)，測速裝置轉(zhuǎn)速信號消失2～3 s，制動(dòng)閘投入，機(jī)組高轉(zhuǎn)速加閘。操作人員立即手動(dòng)退出風(fēng)閘，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)4 塊閘板磨損量超6 mm。

2.2 原因分析

機(jī)組制動(dòng)閘加閘條件：停機(jī)令+機(jī)組轉(zhuǎn)速20%以下。

（1）測速系統(tǒng)分析

因該電站采用齒盤測速和殘壓測速，根據(jù)制動(dòng)閘加閘條件，當(dāng)純機(jī)械過速試驗(yàn)過程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到140%額定轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)速信號正常，但在手動(dòng)關(guān)閉導(dǎo)葉，轉(zhuǎn)速下降接近115%額定轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)速信號消失，可以初步判斷齒盤測速探頭損壞或機(jī)械測速滑塊、鋼帶斷裂，從而導(dǎo)致機(jī)械測速信號消失。

殘壓測速是采集發(fā)電機(jī)出口PT 殘壓計(jì)算轉(zhuǎn)速。本次事故中，機(jī)組在高轉(zhuǎn)速下加閘，表明未采集到發(fā)電機(jī)出口PT 殘壓，可以初步判斷采集裝置損壞，或發(fā)電機(jī)出口PT 無壓，導(dǎo)致測速裝置無法檢測到殘壓測速信號，監(jiān)控系統(tǒng)判定機(jī)組狀態(tài)為停機(jī)態(tài)，遂投入制動(dòng)閘，導(dǎo)致高轉(zhuǎn)速加閘[1]。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)分析

加閘指令一般由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出，而監(jiān)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速輸入由測試裝置提供。在純機(jī)械過速試驗(yàn)過程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降至接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速信號消失，監(jiān)控未接收轉(zhuǎn)速信號，則判斷機(jī)組由“空轉(zhuǎn)至停機(jī)”，監(jiān)控在收到“投入電氣制動(dòng)”轉(zhuǎn)速接點(diǎn)后，先向機(jī)組保護(hù)1 裝置發(fā)“閉鎖差動(dòng)保護(hù)”命令，再投入機(jī)組出口刀閘，之后向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)“投入電氣制動(dòng)”命令，勵(lì)磁系統(tǒng)跳開陽極刀閘，合上制動(dòng)變高壓側(cè)開關(guān)后，電氣制動(dòng)正式發(fā)揮作用，但是監(jiān)控系統(tǒng)在電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩步之間沒有設(shè)置硬性時(shí)間條件，僅靠轉(zhuǎn)速信號條件滿足即從電氣制動(dòng)進(jìn)入機(jī)械制動(dòng)，因此，測速裝置信號接點(diǎn)誤動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組高轉(zhuǎn)速加閘。

3 防范措施

（1）機(jī)組檢修完，第一次開機(jī)有水試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組加閘和反充氣必須手動(dòng)完成，以避免因測速裝置、監(jiān)控系統(tǒng)以及其他原因引起的高轉(zhuǎn)速加閘。

（2）手動(dòng)加閘試驗(yàn)正常后，必須先將加閘和反充氣氣源關(guān)掉、電磁閥投至自動(dòng)，由監(jiān)控系統(tǒng)流程進(jìn)行自動(dòng)開停機(jī)試驗(yàn)。

（3）機(jī)組檢修完后，需檢查齒盤測速探頭是否完好，齒盤測速鋼帶安裝牢固無變形、位置合適，所有動(dòng)片無彎曲變形，轉(zhuǎn)動(dòng)盤磁鋼位于探頭中間且與兩探頭之間深度以擋住探頭為宜，以避免機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)動(dòng)片碰撞探頭和因間距過大影響測速。

（4）裝置出口邏輯、定值、輸入及輸出回路試驗(yàn)完成后，應(yīng)仔細(xì)檢查裝置的撥輪開關(guān)位置，在正常情況下電壓測頻、機(jī)械測頻撥輪開關(guān)應(yīng)在“有效”位置。

（5）檢修后，應(yīng)檢查相關(guān)安全措施是否已全部恢復(fù)，短接銅牌是否拆除，二次短接線是否恢復(fù)等[2]。

（6）優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)，增加監(jiān)控程序中電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)兩個(gè)步驟間的強(qiáng)行等待時(shí)間。

4 結(jié)論

對于同時(shí)采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)的水輪機(jī)組，在齒盤測速裝置出現(xiàn)問題時(shí)，則通過采集發(fā)電機(jī)出口PT 殘壓測速，在本次事件中，機(jī)組高轉(zhuǎn)速加閘，即監(jiān)控?zé)o法接收轉(zhuǎn)速信號，則判定齒盤測速裝置探頭損壞或鋼帶斷裂，同時(shí)殘壓測速采集發(fā)電機(jī)出口PT 也無殘壓。機(jī)組在檢修后，應(yīng)檢查安全措施恢復(fù)情況，按照試驗(yàn)流程按部就班有序進(jìn)行，完成一個(gè)試驗(yàn)結(jié)束一個(gè)流程及恢復(fù)措施，方可進(jìn)入下一個(gè)流程，確保機(jī)組試驗(yàn)過程安全可靠，防止對機(jī)組形成破壞性試驗(yàn)。