一起典型的水电厂水机保护判据分析改进
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摘 要：本文介绍了某水电厂水机保护中调速器压油槽事故低油压控制回路存在的缺陷，通过对判据回路进行优化，消除了隐患，提高了设备运行可靠性。
关键词：水机保护;事故低油压;判据;改进
中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0138-02
0 引言
某厂水机保护利用机组LCU的PLC和常规继电器回路两种开出形式，动作可靠性高。但其中调速器压油槽事故低油压水机保护判据回路缺乏冗余配置，存在安全稳定运行隐患。本文重点分析该判据回路与改进方法。该厂电厂调速器压油泵启停由压力开关控制，事故低油压定值为4.5MPa。自投运以来至今，各压力开关运行较稳定，控制回路基本合理可靠，控制油泵启停采取模拟量、开关量冗余控制方式，稳定可靠。而事故低油压动作涉及停机、落进水口闸门等水机保护聯动，仅采用单点信号控制，存在极大水机保护误动隐患。通过对该保护增设判据测点，优化判据回路设计，成功的消除了误动隐患。
1 电厂水机保护配置概况
水轮机作为水电厂重要的动力设备之一，其安全可靠运行直接影响到机组的出力。所以需要配备各种水机保护以保护水轮发电机的安全可靠。该厂水机保护配置根据动作后果不同，分为紧急事故停机和严重事故停机两种水机保护。
（1）紧急事故停机动作后果：投入过速限制器、联动调速器紧急停机、投入紧急停机事故继电器、跳发电机出口开关，跳灭磁开关、联动励磁系统事故停机、导叶全关、转速低于20%Ne、走正常停机流程。此类水机保护有：主配非关状态与机组过速≥115%Ne同时动作后，延时出口。配置原理：机组空载状态时，主机组转速若在115%Ne以上，且主配没有往关方向运动，则改保护出口，导致机组紧急停机;主机组转速若在115%Ne以上，此时主配往关方向运动，则改保护不出口。机组在发电运行状态时，机组测速装置若误报主机组转速若在115%Ne以上，且转速若在115%Ne以上，此时由于回路驱动程序中，设置有机组GCB、TCB分闸线圈辅助接点信号，只有GCB、TCB分闸时，该保护才允许出口。故发电运行状态下，即使机组转速115%Ne以上，且主配没有往关方向运动，该保护不出口。机组试验甩负荷时，原理同机组在发电运行状态。机组过速150%Ne动作，无延时出口。配置原理：防止机组转速继续上升造成机组飞逸;防止机组长期维持在高转速工况，造成设备严重损坏。
（2）严重事故停机动作后果：紧急事故停机动作后果+落进水口闸门。此类水机保护有：机组停机过程中剪断销剪断。配置原理：导叶传动机构发卡或则导叶之间夹有异物，导导叶在调整过程中剪断销剪断，导致水轮机活动导叶开度不一致，流过水轮机转轮的水力不平衡，使机组振动加大，影响机组安全稳定运行。机组过速150%Ne动作、160动作。无延时出口。配置原理：同机组过速150%Ne动作。事故低油压动作后，无延时出口。配置原理：由于机组压油系统油泵故障或管路漏油甚至跑油导致压油系统油压急剧下降，一但此时发生机组事故，调速器由于油压不足而不能及时快速关闭水轮机导叶，就会引起机组过速甚至发生飞逸，使机组遭受重大破坏。由此可见事故低油压水机保护有着不可或缺的重要地位，而自投产以后，其判据回路设置简单，缺乏合理性，不利于安全稳定运行，急待改进。
2 原事故低油压水机保护判据回路存在的隐患
原事故低油压控制回路采用常规压力开关动作，常开接点闭合导通，则相应信号判据回路导通，其中没有任何中间继电器进行信号扩展，也不通过PLC二次逻辑判断后再开出。结构单一不可靠，非常容易导致保护误动作[1]。
具体实现形式如图1所示：当压油槽压力偏低，直到压油槽控制油管上事故低油压压力开关P1动作，该压力开关相应常开接点闭合，事故低油压信号回路导通，该判据信号经调速器油压装置控制柜端子排转送至机组LCU，驱动严重事故停机水机保护回路，导致保护动作。事故低油压动作，将联动水机保护中“严重事故停机”保护。原事故低油压判据回路配置简单不合理，未采取冗余判据配置，仅由一个普通高压压力开关P1的常开接点动作情况进行判断，从而驱动水机保护回路。若压力开关误动或布置措施等过程中人为误操作——单点短路等原因，均会造成事故低油压水机保护误动，导致机组严重事故停机，造成无可挽回的严重后果。针对这样判据配置单一、控制回路可靠性低的情况，电厂组织相关专业人员认真讨论研究，积极向厂外专家咨询学习，正确优化控制程序，最大程度提高事故低压油水机保护的安全与可靠性。
3 事故低油压水机保护判据回路改进措施
原事故低油压控制回路中，完全依靠事故低油压压力开关P1的接点动作情况，作为驱动水机保护唯一的判据，一但该压力开关误动或人为误操作，则造成水机保护误动作的严重后果。因此必须取消这种单点判据形式，改用冗余配置作为判据，确保水机保护可靠性。经专业人员多次研究、分析比较各种实现方案，最终采取增加判据测点、改进判断形式的方法对该判据程序做以下改进：在压油槽控制油管上保留原有压力开关P1，在压油槽控制油管上增设一个压力开关P2，在压油槽控制油管上原带LED显示与控制接点输出的压力变送器上取一对输出接点作为P3，将该三点压力动作值均整定为事故低油压动作值4.5MPa。在油压装置控制柜中增设三个24V工作电源、接点容量均为220V的欧姆龙中间继电器，用来扩展每个压力测点驱动中间继电器，扩展各压力接点信号。此种继电器必须拥有两对以上常开触点，动作可靠、无粘连。现将三个继电器分别命名为J20、J21、J22。由P1、P2、P3三个压力测点的接点动作分别驱动J20、J21、J22的工作线圈[2]。具体实现情况如图2所示。
当P1、P2、P3三个压力测点的接点动作后，J20、J21、J22工作线圈通电，此时利用每对中间两对触点，采用排列组合原理，实现当三个测点中任一两点及以上测点同时动作时，控制回路才能驱动相应水机保护回路动作。具体实现原理如图3所示。利用图3模块取代原控制程序中图1内事故低油压测点P1，改单点判据为三取二模式判据。 综合举例说明[3]：（1）当P1测点动作时，P1常开接点闭合，J20中间继电器线圈得电驱动，该继电器两对常开接点：C36、C14均闭合。此时若P2测点动作，J21中间继电器线圈得电驱动，该继电器两对常开接点：C36、C14均闭合。J20的C36接点闭合、J21的C36接点闭合，由该两对常开接点组成的回路导通，向机组LCU输出事故低油压动作信号，驱动水机保护回路;若P2未动，而P3测点动作，则J22中间继电器线圈得电驱动，该继电器两对常开接点：C36、C14均闭合。J20的C14接点闭合、J22的C36接点闭合，由该两对常开接点组成的回路导通，向机组LCU输出事故低油压动作信号，驱动水机保护回路。（2）当P2测点动作时，P2常开接点闭合，J21中间继电器线圈得电驱动，该继电器两对常开接点：C36、C14均闭合。此时若P1测点动作，J20中间继电器线圈得电驱动，该继电器两对常开接点：C36、C14均闭合。J20的C36接点闭合、J21的C36接点闭合，由该两对常开接点组成的回路导通，向机组LCU输出事故低油压动作信号，驱动水机保护回路;若P1未动，而P3测点动作，则J22中间继电器线圈得电驱动，该继电器两对常开接点：C36、C14均闭合。J20的C14接点闭合、J22的C36接点闭合，由该两对常开接点组成的回路导通，向机组LCU输出事故低油压动作信号，驱动水机保护回路。（3）当P3测点动作时，P3常开接点闭合，J22中间继电器线圈得电驱动，该继电器两对常开接点：C36、C14均闭合。此时若P1测点动作，J20中间继电器线圈得电驱动，该继电器两对常开接点：C36、C14均闭合。J20的C36接点闭合、J22的C36接点闭合，由该两对常开接点组成的回路导通，向机组LCU输出事故低油压动作信号，驱动水机保护回路;若P1未动，而P2测点动作，则J22中间继电器线圈得电驱动，该继电器两对常开接点：C36、C14均闭合。J21的C14接点闭合、J22的C36接点闭合，由该两对常开接点组成的回路导通，向机组LCU输出事故低油压动作信号，驱动水机保护回路。
4 结语
综上所述，通过对事故低油压判据回路的分析与改进，彻底消除了电厂该水机保护误动的重大隐患，較大的完善了电厂水机保护配置，不仅保证了水轮发电机组安全稳定运行，此外，这种三取二的判据方式在其他自动化控制回路中可以得到广泛推广应用。
参考文献
[1] 吴蕴章.自动控制理论基础[M].西安：西安交通大学出版社，1999.
[2] GBT 9652.1-2007.水轮机控制系统技术条件[S].北京：中国电力出版社，2007.
[3] 崔家佩.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京：中国电力出版社，2006.
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