水轮机温度保护系统设计改进

水轮机温度保护系统设计改进

1为机组重要非电量保护提供了更高的重视在水库处理厂的监测系统中，温度是反映机器运营状态的重要参数。精确、稳定地监视水轮机瓦温、油温、定子、转子温度等数据并正确动作,对保证水电厂的安全运行起着重要的作用。目前,与完备的水轮机电气保护系统相比,作为机组重要非电量保护的温度保护系统,没有得到应有的重视。从电站实际运行情况来看,由于温度保护误动或拒动引起的停机、甚至烧瓦等事故的实例较多,给电站带来了极大的经济损失。随着水电站控制向着“无人值班”(少人值守)方向的不断推进,以及水轮机组向着大型机组、超大型机组、高度自动化方向的发展,对电站温度保护系统的可靠性和稳定性提出了更高的要求。本文根据目前水电站温度保护系统的特点和功能要求,从系统构架、控制逻辑方面出发,进行了较深入的研究和分析,提出了水电厂温度保护系统的设计和改进方法。2温度保护系统结构的研究和改进2.1机组温度数据的采集水轮机组测温系统中,每台机组测温点数量非常之多,其中直接用于事故停机的测温信号数量也十分庞大。随着机组容量的增大,测温点数更是成倍增加。以某水电站600MW机组为例,单台机组各类温度测点数量已超过400点。同时,随着测控技术的进步,温度数据的采集方式越来越多样化。如温度数据采集可以利用PLCRTD(ResistanceTemperatureDetector)测温模件或者专用的温度巡检装置等;数据传输可以硬接线方式或者以通信方式向电站计算机监控系统传送相关数据。如何充分利用各种采集系统并合理规划这些温度测点(尤其是用于事故停机判断的温度测点),最大限度地实现风险的分散,对于提高水电站温度保护系统的可靠性,具有重要意义。2.2主体结构组成采集系统的分散,意味着从温度数据采集端出发,减少单一数据采集方式的弊端,实现数据采集的冗余控制,使得温度数据的采集变得更加可靠。其基本结构如图1所示。从图1可以看出:(1)机组PLC和水机PLC分别采集温度信号,并根据既定的逻辑判断动作开出,确保一方故障时另一方仍能事故停机。(2)机组PLC直接通过RTD模件采集机组温度数据,另外,还接收来自机组测温屏温度数据和相关的报警/停机信号,同时,还会接收来自水机PLC的温度报警/停机信号。结合机组实际情况经过合理的数据选择和逻辑判断,产生最终的控制结果指导机组事故停机,保障机组的安全运行。2.3温度模件的设置方式PLC温度模件的故障可能引起温度保护系统的误动作或者拒动作。针对这种情况,在温度量单点分布方式上,采取如图2所示的设计方案。以PLC温度模件上的各点分布为例,在同一块温度模件上,尽可能多地分布不同类型的温度量。根据电站实际温度点情况,结合各个模件上的同类型温度点进行相应的逻辑判断,避免因模件故障引起同一类型的温度量多点误动,有效防止温度误动引起机组事故停机。3合理控制合理的测温控制逻辑为了提高温度保护系统的可靠性,在水电厂温度保护的控制逻辑中必须采用容错机制,详尽考虑测温保护系统各环节在运行中容易出现的故障,并通过预先设置的逻辑来识别错误的温度信号,以防保护系统误动。3.1温度量品质判断水电厂温度信号输入概括起来有三种方式。数值型,如PLC温度量信号模件,模拟量信号模件等;通讯型,如温度巡检装置等;接点型,如温度表计或温度保护装置的接点输出。不管是何种温度信号,作为监控系统监视或事故启动的数据源,必须对其有效性(即品质)进行判断。针对测温元件接线易出现断线、接触不良,测温仪表损坏,温度巡检装置通讯易受外界干扰等问题。温度量品质判断主要有以下几个方面:(1)测量值设置上、下限,当测量值超出限值范围,置该点品质为坏。1)数值型温度输入信号,须增加通道状态判断,当通道状态异常,置改点品质为坏。2)通讯型温度输入信号,须增加测温装置通讯状态判断,当装置通讯中断,置该测量值品质为坏。(2)增加温度信号的品质判断,对于保证温度保护系统正确动作、避免误动具有重要意义,大大提高水电站温度保护系统的稳定性。3.2停机前温度点监控好,运行人员合理水电站实际运行情况表明,水轮机组温度保护误动远多于拒动。因此,温度保护动作逻辑设计的重点就是在保证不发生拒动的基础上避免系统误动。针对这一问题,本文提出了应用于水轮机组的一种温度保护系统动作逻辑的设计,其基本思路及方法如下:(1)停机温度前设置报警温度。正常情况下,温度的上升是一个平缓的过程,在停机温度之前设置合理的报警温度并及时输出报警信号,能有效地监视当前温度变化情况,警示运行人员。(2)同类型多点参与判断。在判断温度过高时,应要求同类型相邻两点或任意两点以上温度点参与判断。在水轮机组测温系统中,上导、下导、推力、水导中同类型点至少两点温度达到停机值,才发出相应的“温度过高停机”信号,并输入机组LCU的PLC启动事故停机流程;把上述几个信号取“或”逻辑后再形成“轴承温度过高总信号”,输入水机PLC,启动事故停机流程。(3)增加延时以消除信号抖动影响。延时时间的大小需根据实际情况合理调整。(4)增加梯度越限闭锁。如果本次采集值与上次采集值之差大于设定梯度,则置该测点品质为坏,该点此时不参与保护控制。如果该点测值恢复至正常值范围,即本次采集值与上次记录正常值之差小于设定梯度,并且在连续N(N可根据实际整定)个采样周期内稳定无突变,则恢复该点品质为好,使其参与保护控制;否则,不刷新该点测值和品质位。根据上述逻辑,温度保护系统逻辑图如图3所示。3.3常用的在线参数初始化和识别程序PLC程序的合理设计是温度保护系统稳定运行的关键。根据以上逻辑图,程序采用模块化设计,具备较高可读性、可维护性。其程序结构见图4。初始化程序段INIT():在PLC上电首次扫描时完成参数初始化,包括温度量类型及点数,各点上、下限定值,梯度保护定值等。原始值采集程序段RTD_Proc():采集各类型温度量原始值,上下限判断、品质状态处理。梯度判断程序段RTD_Grad():温度测值梯度判断及相应的品质处理。开出判断程序段RTD_Judge():事故停机所使用的各种“温度过高停机”开出信号生成。在进行逻辑判断生成事故停机信号时,必须加上该点品质状态并采取“与”的逻辑,以防止误出口。4不同测温电阻阻值对比本节所用数据取自某水电站1号机组测温系统水导瓦温停机状态下数据,温度上升过程通过增加测温电阻阻值模拟,其实验结果如表1所示。由表1可见,通过模拟机组温度上升过程,验证了控制逻辑输出结果的正确性,适于于工程实现。5机组模拟机组测试结果为了解决现有水轮机组温度保护系统频繁