水電廠機組水機保護配置的優(yōu)化

水電廠機組水機保護配置的優(yōu)化

1水輪發(fā)電機組一家水電廠位于廣西馬山縣。有6臺機組容量為32mw的脫泡式氣泡處理廠，總安裝功率為192mw。作為國內(nèi)第一家實行股份制的燈泡貫流式電力企業(yè),該廠最初的設(shè)計是按照“無人值班”理念來設(shè)計的,機組主要設(shè)備出現(xiàn)故障都會出口跳閘停機。機組保護裝置主要由日本富士電機公司提供。2繼電器出口停機案例該廠是按“無人值班”理念進行設(shè)計,在水機保護配置方面基本按照設(shè)備有故障即出口跳閘停機的思路來配置,投運初期機組非計劃停機情況較多,機組運行可靠性較差。該廠初始配置的機組水機保護主要配置見表1。該廠水機保護經(jīng)過86-2、86-5中間繼電器出口停機,其中86-2中間繼電器出口機組快速關(guān)閉導葉,事故停機,86-5中間繼電器出口機組按正常停機流程停機。經(jīng)過86-2、86-5中間繼電器出口停機的水機保護邏輯框圖如圖1、圖2。圖1中:12X為機組過速保護接點,38-2X為軸承溫度過高保護接點,63Q3X為油壓裝置油壓過低保護接點,33QP2X為油壓裝置油位過低保護接點,33QG1TX為軸承高位油箱油位過低接點,69QBTX為軸承油流中斷接點。圖2中:38DGX、38DTX、38DRX、38DWX分別為發(fā)導、正推、反推、水導軸承溫度稍高接點,49GTX為發(fā)電機定子線圈溫度過高接點,49ADX為發(fā)電機定子鐵芯溫度過高接點,33QBhX為軸承回油箱油位過高接點,33QBl2X為軸承回油箱油位過低接點,88GF2X為發(fā)電機冷卻風機故障接點。2.1調(diào)整兩網(wǎng)共壓病模型該廠的機組過速保護采用日本富士電機公司517測速裝置。過速保護采用一路齒盤測速和一路殘壓測速,二者之一滿足轉(zhuǎn)速大于160%Ne時,過速保護即動作出口停機。由于過速保護裝置采用單獨過速條件滿足即出口停機,且測速裝置老化嚴重,無備品更換,裝置的可靠性較低,誤動幾率大,需要進行優(yōu)化改造。2.2油位異常保護作為機組事故停機保護機組油壓裝置事故低油壓保護由一個壓力開關(guān)控制,當油壓低于整定值時,保護動作出口關(guān)導水葉、事故停機。油壓裝置的油位異常保護也采用一個油位開關(guān),當油壓裝置油位達到過高/過低油位整定值時,保護動作實現(xiàn)機組事故停機。由于油壓裝置事故低油壓及油位異常保護均一個開關(guān)量控制,可靠性較低,需要進行優(yōu)化改造。2.3實現(xiàn)機組程序停機潤滑油系統(tǒng)油箱包括軸承高位油箱和軸承回油箱,潤滑油系統(tǒng)的油箱的油位稍低/過低保護均采用同一個油位開關(guān),當油位達到稍低油位時,向上位機發(fā)出告警信號;當軸承高位油箱油位達到過低油位時,實現(xiàn)機組事故停機;軸承回油箱油位過低還自動斷開潤滑油泵控制回路,切除潤滑油泵,防止油泵空轉(zhuǎn);當機組正常運行、軸承回油箱油位過高時,可以實現(xiàn)機組程序停機?？紤]到即使軸承高位油箱油位過低時油箱仍滿足機組5min的潤滑用油,軸承回油箱油位過低造成潤滑油泵停泵時也滿足機組5min的潤滑用油,同時還有油流中斷、軸承高位油箱油位異常等報警信號,運行人員有足夠的時間進行處理,而軸承回油箱油位高更不應該出口程序停機,因此潤滑油系統(tǒng)油箱油位過低動作停機保護配置不夠合理,應進行優(yōu)化完善。2.4油流中斷保護出口跳閘回路該廠軸承有發(fā)導軸承、水導軸承、正推力軸承、反推力軸承四部軸承。當其中一個軸承的潤滑油油流低于整定值時,潤滑油油流信號器常閉接點接通,延時3min即啟動油流中斷保護出口跳閘回路,通過86-2中間繼電器出口事故停機。油流中斷跳閘的保護邏輯框圖如圖3。2.5口程序停機的確定該廠機組的各部軸承各只裝一個測溫探頭,當其中一個軸承的溫度達到稍高定值時,通過86-5中間繼電器出口程序停機,當其中一個軸承的溫度達到過高定值時,通過86-2中間繼電器出口事故停機。由于每部軸承只有一個測溫探頭,對于有多塊軸瓦的軸承來說,只有一個測溫探頭不能真實反映每塊軸瓦溫度的變化情況,對于機組的安全運行是非常不利的,因此必須對軸承溫度保護回路進行優(yōu)化,實現(xiàn)實時監(jiān)視每塊軸瓦的溫度變化趨勢。2.6繼電器出口事故停機該廠發(fā)電機冷卻方式采用密閉自循環(huán)通風二次冷卻方式,發(fā)電機風洞內(nèi)共安裝6臺功率為11kW發(fā)電機冷卻風機。6臺冷卻風機其中1臺故障延時10s,通過86-5中間繼電器出口事故停機。發(fā)電機冷卻風機故障的保護出口邏輯如圖4。由于風機臺數(shù)較多,且冷卻風機為連續(xù)運行方式,冷卻風機故障的可能性較大,而單臺冷卻風機故障時,一定時間內(nèi)并不影響機組的正常運行,因此采取單臺冷卻風機故障即出口停機的邏輯不夠合理,應進行優(yōu)化完善。3降低機組運行風險隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展進步,對電網(wǎng)和電廠的安全要求越來越高。為了降低機組運行風險,減少非計劃停運時間,提高機組運行的可靠性。有必要根據(jù)運行初期經(jīng)驗,對機組水機保護回路進行一次整體梳理,找出其中的不足,通過技術(shù)攻關(guān)優(yōu)化完善水機保護配置。3.1機組過速保護停機問題的解決建議機組原過速保護采用單一過速接點出口,可靠性較差,根據(jù)當前行業(yè)內(nèi)成熟的機組過速保護配置經(jīng)驗,決定將機組過速保護改為PLC控制及機械過速保護裝置共同實現(xiàn)。機組過速保護采用齒盤測速方式,過速保護采用三路齒盤測速經(jīng)測速模塊輸入至測速裝置PLC,測速裝置PLC對三路測速信號進行判斷。當三路測速輸入信號有兩路達到過速保護整定定值時,過速保護裝置才會出口動作停機,即采用三取二的邏輯出口方式實現(xiàn)過速保護停機。如其中某個測速裝置或模塊故障時自動退出該模塊,不影響整個測速裝置的正常工作,避免了單個測速信號故障造成保護過速誤動。同時為了防止測速裝置PLC故障造成機組過速保護裝置失去作用,結(jié)合當前機械過速相對成熟的現(xiàn)實,建議增加機械過速保護裝置。當機組轉(zhuǎn)速達到機械過速保護定值時,機械過速飛擺動作使機械過速保護裝置動作,通過切換調(diào)速器動作油源實現(xiàn)機組快速停機。機組過速保護裝置的優(yōu)化配置框圖如圖5。通過對機組過速保護回路進行優(yōu)化,機組發(fā)生過速時保護動作的可靠性更好,達到了降低機組過速保護裝置誤動或拒動的機率,提高了機組運行的可靠性。3.2油位異常保護為了避免采用單一開關(guān)量故障造成事故低油壓或低油位誤動,在壓油槽本體上分別增加反應壓力和油位的傳感器,其控制接點與開關(guān)量接點并聯(lián)輸出,同時在上位機增加反應壓油槽油壓和油位的實時監(jiān)視信息,方便運行人員實時了解壓油槽油壓和油位變化情況。正常時油壓和油位回路均采用傳感器控制,當傳感器故障時自動切換由開關(guān)量控制,提高了裝置運行的可靠性。油壓裝置油壓和油位異常保護邏輯框圖如圖6。油壓裝置油壓和油位保護回路雖然只增加了2個傳感器,但對油壓裝置監(jiān)視和保護起到較大的作用,方便運行人員實時監(jiān)控油壓裝置的運行狀態(tài),提高了裝置工作的可靠性。3.3油流中斷保護回路在軸承高位油箱本體上增加油位傳感器,在上位機增加軸承高位油箱本體油位的實時監(jiān)視信息,方便運行人員及時了解軸承高位油箱的油位變化情況。同時考慮到軸承高位油箱油位過低報警時油箱的存油仍滿足機組5min的潤滑用油,運行人員有足夠的時間進行處理,因此將軸承高位油箱油位過低停機回路取消,修改為增加判斷軸承油流中斷判據(jù),即當軸承高位油箱油位過低且軸承油流中斷,出口86-2中間繼電器出口事故停機?？紤]到潤滑油系統(tǒng)導向逆止閥開關(guān)故障會出現(xiàn)油流中斷信號,但軸承高位油箱油位不會下降,因此針對油流中斷保護也采用增加判瓦溫稍高判據(jù),即當軸承油流中斷的同時出現(xiàn)瓦溫稍高時,出口86-2中間繼電器出口事故停機。為了更好地監(jiān)視機組各軸瓦的溫度變化情況,在每塊軸瓦上都裝設(shè)測溫探頭。同時考慮機組軸瓦溫度上升需要一定的時間,當機組出現(xiàn)軸瓦溫度稍高時,運行人員可以有足夠的時間進行檢查處理,因此取消軸瓦溫度稍高出口停機回路,保留軸瓦溫度過高停機回路,但將軸瓦溫度過高改為三取二方式出口。保護邏輯框圖如圖7。其中回路一:為油流中斷回路,只發(fā)信不出口;回路二:為油流中斷加瓦溫稍高保護出口回路,既發(fā)信又出口86-2中間繼電器;回路三為油流中斷加高位油箱油位過低保護出口回路,既發(fā)信又出口86-2中間繼電器出口事故停機。潤滑油系統(tǒng)油流、軸承瓦溫、軸承高位油箱油位三者之間存在著因果關(guān)聯(lián)行為,軸承高位油箱油位低后會出現(xiàn)油流中斷,最終到位瓦溫升高。通過把潤滑油系統(tǒng)油流、軸承瓦溫、軸承高位油箱三者有機結(jié)合起來,使?jié)櫥拖到y(tǒng)的水機保護配置更加合理。3.4軸承回油箱油位過高停機出口停機由于軸承回油箱油位過高的原因很多,出現(xiàn)油混水時會有油混水告警信號,機組正常運行時出現(xiàn)單純回油箱油位高信號不會影響機組的安全運行,因此決定取消軸承回油箱油位過高停機出口停機回路,保留發(fā)信告警。至于軸承回油箱油位過低是是否停機,考慮到當軸承回油箱油位過低時會強制潤滑切除油泵。當潤滑油泵停止運行時,軸承高位油箱的油位由于沒有潤滑油泵的補油,油位會逐漸下降,至稍低時發(fā)信,提醒運行人員及時檢查處理;當油位進一步下降至過低時如出現(xiàn)油流中斷則會走事故停機流程,能夠保證機組的安全運行,因此取消軸承回油箱油位過低停機出口停機回路,保留發(fā)信告警。3.5不同負載運行工況機組停機方案發(fā)電機冷卻風機單臺故障即出口停機,沒有充分考慮故障后對機組的安全運行是否有影響,或者有多大的影響。為了探討發(fā)電機冷卻風機故障對機組的影響程度,優(yōu)化發(fā)電機冷卻風機故障停機回路,該廠制定了發(fā)電機冷卻風機故障試驗方案,通過逐臺切除冷卻風機的方式,檢驗機組在不同負載運行工況下,機組定子線圈、轉(zhuǎn)子鐵芯溫升的變化趨勢。試驗發(fā)現(xiàn),機組在額定負載下切除全部6臺發(fā)電機冷卻風機,定子線圈溫度溫升最快,其次是轉(zhuǎn)子鐵芯溫升,但最少仍然有30min安全允許運行時間(定子線圈溫度事故出口設(shè)定溫度為120℃,轉(zhuǎn)子鐵芯溫度事故出口設(shè)定溫度為100℃)。因此,單臺冷卻風機故障即停機的設(shè)計明顯不符合現(xiàn)場實際情況,有必要進行優(yōu)化改進。將1號、3號、5號冷卻風機電源取自相鄰機組段動力盤柜,2號、4號、6號冷卻風機電源取自本機組段動力盤柜,采用相鄰機組間交叉接線方式提高冷卻風機供電電源