水電廠機(jī)組水機(jī)保護(hù)配置的優(yōu)化

水電廠機(jī)組水機(jī)保護(hù)配置的優(yōu)化

1水輪發(fā)電機(jī)組一家水電廠位于廣西馬山縣。有6臺(tái)機(jī)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(shí)行股份制的燈泡貫流式電力企業(yè),該廠最初的設(shè)計(jì)是按照“無人值班”理念來設(shè)計(jì)的,機(jī)組主要設(shè)備出現(xiàn)故障都會(huì)出口跳閘停機(jī)。機(jī)組保護(hù)裝置主要由日本富士電機(jī)公司提供。2繼電器出口停機(jī)案例該廠是按“無人值班”理念進(jìn)行設(shè)計(jì),在水機(jī)保護(hù)配置方面基本按照設(shè)備有故障即出口跳閘停機(jī)的思路來配置,投運(yùn)初期機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)情況較多,機(jī)組運(yùn)行可靠性較差。該廠初始配置的機(jī)組水機(jī)保護(hù)主要配置見表1。該廠水機(jī)保護(hù)經(jīng)過86-2、86-5中間繼電器出口停機(jī),其中86-2中間繼電器出口機(jī)組快速關(guān)閉導(dǎo)葉,事故停機(jī),86-5中間繼電器出口機(jī)組按正常停機(jī)流程停機(jī)。經(jīng)過86-2、86-5中間繼電器出口停機(jī)的水機(jī)保護(hù)邏輯框圖如圖1、圖2。圖1中:12X為機(jī)組過速保護(hù)接點(diǎn),38-2X為軸承溫度過高保護(hù)接點(diǎn),63Q3X為油壓裝置油壓過低保護(hù)接點(diǎn),33QP2X為油壓裝置油位過低保護(hù)接點(diǎn),33QG1TX為軸承高位油箱油位過低接點(diǎn),69QBTX為軸承油流中斷接點(diǎn)。圖2中:38DGX、38DTX、38DRX、38DWX分別為發(fā)導(dǎo)、正推、反推、水導(dǎo)軸承溫度稍高接點(diǎn),49GTX為發(fā)電機(jī)定子線圈溫度過高接點(diǎn),49ADX為發(fā)電機(jī)定子鐵芯溫度過高接點(diǎn),33QBhX為軸承回油箱油位過高接點(diǎn),33QBl2X為軸承回油箱油位過低接點(diǎn),88GF2X為發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)故障接點(diǎn)。2.1調(diào)整兩網(wǎng)共壓病模型該廠的機(jī)組過速保護(hù)采用日本富士電機(jī)公司517測(cè)速裝置。過速保護(hù)采用一路齒盤測(cè)速和一路殘壓測(cè)速,二者之一滿足轉(zhuǎn)速大于160%Ne時(shí),過速保護(hù)即動(dòng)作出口停機(jī)。由于過速保護(hù)裝置采用單獨(dú)過速條件滿足即出口停機(jī),且測(cè)速裝置老化嚴(yán)重,無備品更換,裝置的可靠性較低,誤動(dòng)幾率大,需要進(jìn)行優(yōu)化改造。2.2油位異常保護(hù)作為機(jī)組事故停機(jī)保護(hù)機(jī)組油壓裝置事故低油壓保護(hù)由一個(gè)壓力開關(guān)控制,當(dāng)油壓低于整定值時(shí),保護(hù)動(dòng)作出口關(guān)導(dǎo)水葉、事故停機(jī)。油壓裝置的油位異常保護(hù)也采用一個(gè)油位開關(guān),當(dāng)油壓裝置油位達(dá)到過高/過低油位整定值時(shí),保護(hù)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)機(jī)組事故停機(jī)。由于油壓裝置事故低油壓及油位異常保護(hù)均一個(gè)開關(guān)量控制,可靠性較低,需要進(jìn)行優(yōu)化改造。2.3實(shí)現(xiàn)機(jī)組程序停機(jī)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(hù)均采用同一個(gè)油位開關(guān),當(dāng)油位達(dá)到稍低油位時(shí),向上位機(jī)發(fā)出告警信號(hào);當(dāng)軸承高位油箱油位達(dá)到過低油位時(shí),實(shí)現(xiàn)機(jī)組事故停機(jī);軸承回油箱油位過低還自動(dòng)斷開潤滑油泵控制回路,切除潤滑油泵,防止油泵空轉(zhuǎn);當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行、軸承回油箱油位過高時(shí),可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組程序停機(jī)?？紤]到即使軸承高位油箱油位過低時(shí)油箱仍滿足機(jī)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(shí)也滿足機(jī)組5min的潤滑用油,同時(shí)還有油流中斷、軸承高位油箱油位異常等報(bào)警信號(hào),運(yùn)行人員有足夠的時(shí)間進(jìn)行處理,而軸承回油箱油位高更不應(yīng)該出口程序停機(jī),因此潤滑油系統(tǒng)油箱油位過低動(dòng)作停機(jī)保護(hù)配置不夠合理,應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化完善。2.4油流中斷保護(hù)出口跳閘回路該廠軸承有發(fā)導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、正推力軸承、反推力軸承四部軸承。當(dāng)其中一個(gè)軸承的潤滑油油流低于整定值時(shí),潤滑油油流信號(hào)器常閉接點(diǎn)接通,延時(shí)3min即啟動(dòng)油流中斷保護(hù)出口跳閘回路,通過86-2中間繼電器出口事故停機(jī)。油流中斷跳閘的保護(hù)邏輯框圖如圖3。2.5口程序停機(jī)的確定該廠機(jī)組的各部軸承各只裝一個(gè)測(cè)溫探頭,當(dāng)其中一個(gè)軸承的溫度達(dá)到稍高定值時(shí),通過86-5中間繼電器出口程序停機(jī),當(dāng)其中一個(gè)軸承的溫度達(dá)到過高定值時(shí),通過86-2中間繼電器出口事故停機(jī)。由于每部軸承只有一個(gè)測(cè)溫探頭,對(duì)于有多塊軸瓦的軸承來說,只有一個(gè)測(cè)溫探頭不能真實(shí)反映每塊軸瓦溫度的變化情況,對(duì)于機(jī)組的安全運(yùn)行是非常不利的,因此必須對(duì)軸承溫度保護(hù)回路進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視每塊軸瓦的溫度變化趨勢(shì)。2.6繼電器出口事故停機(jī)該廠發(fā)電機(jī)冷卻方式采用密閉自循環(huán)通風(fēng)二次冷卻方式,發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)共安裝6臺(tái)功率為11kW發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)。6臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)其中1臺(tái)故障延時(shí)10s,通過86-5中間繼電器出口事故停機(jī)。發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)故障的保護(hù)出口邏輯如圖4。由于風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)較多,且冷卻風(fēng)機(jī)為連續(xù)運(yùn)行方式,冷卻風(fēng)機(jī)故障的可能性較大,而單臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)故障時(shí),一定時(shí)間內(nèi)并不影響機(jī)組的正常運(yùn)行,因此采取單臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)故障即出口停機(jī)的邏輯不夠合理,應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化完善。3降低機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步,對(duì)電網(wǎng)和電廠的安全要求越來越高。為了降低機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),減少非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間,提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。有必要根據(jù)運(yùn)行初期經(jīng)驗(yàn),對(duì)機(jī)組水機(jī)保護(hù)回路進(jìn)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(jī)保護(hù)配置。3.1機(jī)組過速保護(hù)停機(jī)問題的解決建議機(jī)組原過速保護(hù)采用單一過速接點(diǎn)出口,可靠性較差,根據(jù)當(dāng)前行業(yè)內(nèi)成熟的機(jī)組過速保護(hù)配置經(jīng)驗(yàn),決定將機(jī)組過速保護(hù)改為PLC控制及機(jī)械過速保護(hù)裝置共同實(shí)現(xiàn)。機(jī)組過速保護(hù)采用齒盤測(cè)速方式,過速保護(hù)采用三路齒盤測(cè)速經(jīng)測(cè)速模塊輸入至測(cè)速裝置PLC,測(cè)速裝置PLC對(duì)三路測(cè)速信號(hào)進(jìn)行判斷。當(dāng)三路測(cè)速輸入信號(hào)有兩路達(dá)到過速保護(hù)整定定值時(shí),過速保護(hù)裝置才會(huì)出口動(dòng)作停機(jī),即采用三取二的邏輯出口方式實(shí)現(xiàn)過速保護(hù)停機(jī)。如其中某個(gè)測(cè)速裝置或模塊故障時(shí)自動(dòng)退出該模塊,不影響整個(gè)測(cè)速裝置的正常工作,避免了單個(gè)測(cè)速信號(hào)故障造成保護(hù)過速誤動(dòng)。同時(shí)為了防止測(cè)速裝置PLC故障造成機(jī)組過速保護(hù)裝置失去作用,結(jié)合當(dāng)前機(jī)械過速相對(duì)成熟的現(xiàn)實(shí),建議增加機(jī)械過速保護(hù)裝置。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到機(jī)械過速保護(hù)定值時(shí),機(jī)械過速飛擺動(dòng)作使機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作,通過切換調(diào)速器動(dòng)作油源實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速停機(jī)。機(jī)組過速保護(hù)裝置的優(yōu)化配置框圖如圖5。通過對(duì)機(jī)組過速保護(hù)回路進(jìn)行優(yōu)化,機(jī)組發(fā)生過速時(shí)保護(hù)動(dòng)作的可靠性更好,達(dá)到了降低機(jī)組過速保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)的機(jī)率,提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。3.2油位異常保護(hù)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(dòng),在壓油槽本體上分別增加反應(yīng)壓力和油位的傳感器,其控制接點(diǎn)與開關(guān)量接點(diǎn)并聯(lián)輸出,同時(shí)在上位機(jī)增加反應(yīng)壓油槽油壓和油位的實(shí)時(shí)監(jiān)視信息,方便運(yùn)行人員實(shí)時(shí)了解壓油槽油壓和油位變化情況。正常時(shí)油壓和油位回路均采用傳感器控制,當(dāng)傳感器故障時(shí)自動(dòng)切換由開關(guān)量控制,提高了裝置運(yùn)行的可靠性。油壓裝置油壓和油位異常保護(hù)邏輯框圖如圖6。油壓裝置油壓和油位保護(hù)回路雖然只增加了2個(gè)傳感器,但對(duì)油壓裝置監(jiān)視和保護(hù)起到較大的作用,方便運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)控油壓裝置的運(yùn)行狀態(tài),提高了裝置工作的可靠性。3.3油流中斷保護(hù)回路在軸承高位油箱本體上增加油位傳感器,在上位機(jī)增加軸承高位油箱本體油位的實(shí)時(shí)監(jiān)視信息,方便運(yùn)行人員及時(shí)了解軸承高位油箱的油位變化情況。同時(shí)考慮到軸承高位油箱油位過低報(bào)警時(shí)油箱的存油仍滿足機(jī)組5min的潤滑用油,運(yùn)行人員有足夠的時(shí)間進(jìn)行處理,因此將軸承高位油箱油位過低停機(jī)回路取消,修改為增加判斷軸承油流中斷判據(jù),即當(dāng)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(jī)?？紤]到潤滑油系統(tǒng)導(dǎo)向逆止閥開關(guān)故障會(huì)出現(xiàn)油流中斷信號(hào),但軸承高位油箱油位不會(huì)下降,因此針對(duì)油流中斷保護(hù)也采用增加判瓦溫稍高判據(jù),即當(dāng)軸承油流中斷的同時(shí)出現(xiàn)瓦溫稍高時(shí),出口86-2中間繼電器出口事故停機(jī)。為了更好地監(jiān)視機(jī)組各軸瓦的溫度變化情況,在每塊軸瓦上都裝設(shè)測(cè)溫探頭。同時(shí)考慮機(jī)組軸瓦溫度上升需要一定的時(shí)間,當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)軸瓦溫度稍高時(shí),運(yùn)行人員可以有足夠的時(shí)間進(jìn)行檢查處理,因此取消軸瓦溫度稍高出口停機(jī)回路,保留軸瓦溫度過高停機(jī)回路,但將軸瓦溫度過高改為三取二方式出口。保護(hù)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(hù)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(hù)出口回路,既發(fā)信又出口86-2中間繼電器出口事故停機(jī)。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(huì)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(jī)結(jié)合起來,使?jié)櫥拖到y(tǒng)的水機(jī)保護(hù)配置更加合理。3.4軸承回油箱油位過高停機(jī)出口停機(jī)由于軸承回油箱油位過高的原因很多,出現(xiàn)油混水時(shí)會(huì)有油混水告警信號(hào),機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)單純回油箱油位高信號(hào)不會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行,因此決定取消軸承回油箱油位過高停機(jī)出口停機(jī)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(jī),考慮到當(dāng)軸承回油箱油位過低時(shí)會(huì)強(qiáng)制潤滑切除油泵。當(dāng)潤滑油泵停止運(yùn)行時(shí),軸承高位油箱的油位由于沒有潤滑油泵的補(bǔ)油,油位會(huì)逐漸下降,至稍低時(shí)發(fā)信,提醒運(yùn)行人員及時(shí)檢查處理;當(dāng)油位進(jìn)一步下降至過低時(shí)如出現(xiàn)油流中斷則會(huì)走事故停機(jī)流程,能夠保證機(jī)組的安全運(yùn)行,因此取消軸承回油箱油位過低停機(jī)出口停機(jī)回路,保留發(fā)信告警。3.5不同負(fù)載運(yùn)行工況機(jī)組停機(jī)方案發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)單臺(tái)故障即出口停機(jī),沒有充分考慮故障后對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行是否有影響,或者有多大的影響。為了探討發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)故障對(duì)機(jī)組的影響程度,優(yōu)化發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)故障停機(jī)回路,該廠制定了發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)故障試驗(yàn)方案,通過逐臺(tái)切除冷卻風(fēng)機(jī)的方式,檢驗(yàn)機(jī)組在不同負(fù)載運(yùn)行工況下,機(jī)組定子線圈、轉(zhuǎn)子鐵芯溫升的變化趨勢(shì)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),機(jī)組在額定負(fù)載下切除全部6臺(tái)發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī),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(yùn)行時(shí)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(tái)冷卻風(fēng)機(jī)故障即停機(jī)的設(shè)計(jì)明顯不符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,有必要進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。將1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)冷卻風(fēng)機(jī)電源取自相鄰機(jī)組段動(dòng)力盤柜,2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)冷卻風(fēng)機(jī)電源取自本機(jī)組段動(dòng)力盤柜,采用相鄰機(jī)組間交叉接線方式提高冷卻風(fēng)機(jī)供電電源