水电厂机组水机保护配置的优化

水电厂机组水机保护配置的优化

1水轮发电机组一家水电厂位于广西马山县。有6台机组容量为32mw的脱泡式气泡处理厂，总安装功率为192mw。作为国内第一家实行股份制的灯泡贯流式电力企业,该厂最初的设计是按照“无人值班”理念来设计的,机组主要设备出现故障都会出口跳闸停机。机组保护装置主要由日本富士电机公司提供。2继电器出口停机案例该厂是按“无人值班”理念进行设计,在水机保护配置方面基本按照设备有故障即出口跳闸停机的思路来配置,投运初期机组非计划停机情况较多,机组运行可靠性较差。该厂初始配置的机组水机保护主要配置见表1。该厂水机保护经过86-2、86-5中间继电器出口停机,其中86-2中间继电器出口机组快速关闭导叶,事故停机,86-5中间继电器出口机组按正常停机流程停机。经过86-2、86-5中间继电器出口停机的水机保护逻辑框图如图1、图2。图1中:12X为机组过速保护接点,38-2X为轴承温度过高保护接点,63Q3X为油压装置油压过低保护接点,33QP2X为油压装置油位过低保护接点,33QG1TX为轴承高位油箱油位过低接点,69QBTX为轴承油流中断接点。图2中:38DGX、38DTX、38DRX、38DWX分别为发导、正推、反推、水导轴承温度稍高接点,49GTX为发电机定子线圈温度过高接点,49ADX为发电机定子铁芯温度过高接点,33QBhX为轴承回油箱油位过高接点,33QBl2X为轴承回油箱油位过低接点,88GF2X为发电机冷却风机故障接点。2.1调整两网共压病模型该厂的机组过速保护采用日本富士电机公司517测速装置。过速保护采用一路齿盘测速和一路残压测速,二者之一满足转速大于160%Ne时,过速保护即动作出口停机。由于过速保护装置采用单独过速条件满足即出口停机,且测速装置老化严重,无备品更换,装置的可靠性较低,误动几率大,需要进行优化改造。2.2油位异常保护作为机组事故停机保护机组油压装置事故低油压保护由一个压力开关控制,当油压低于整定值时,保护动作出口关导水叶、事故停机。油压装置的油位异常保护也采用一个油位开关,当油压装置油位达到过高/过低油位整定值时,保护动作实现机组事故停机。由于油压装置事故低油压及油位异常保护均一个开关量控制,可靠性较低,需要进行优化改造。2.3实现机组程序停机润滑油系统油箱包括轴承高位油箱和轴承回油箱,润滑油系统的油箱的油位稍低/过低保护均采用同一个油位开关,当油位达到稍低油位时,向上位机发出告警信号;当轴承高位油箱油位达到过低油位时,实现机组事故停机;轴承回油箱油位过低还自动断开润滑油泵控制回路,切除润滑油泵,防止油泵空转;当机组正常运行、轴承回油箱油位过高时,可以实现机组程序停机。考虑到即使轴承高位油箱油位过低时油箱仍满足机组5min的润滑用油,轴承回油箱油位过低造成润滑油泵停泵时也满足机组5min的润滑用油,同时还有油流中断、轴承高位油箱油位异常等报警信号,运行人员有足够的时间进行处理,而轴承回油箱油位高更不应该出口程序停机,因此润滑油系统油箱油位过低动作停机保护配置不够合理,应进行优化完善。2.4油流中断保护出口跳闸回路该厂轴承有发导轴承、水导轴承、正推力轴承、反推力轴承四部轴承。当其中一个轴承的润滑油油流低于整定值时,润滑油油流信号器常闭接点接通,延时3min即启动油流中断保护出口跳闸回路,通过86-2中间继电器出口事故停机。油流中断跳闸的保护逻辑框图如图3。2.5口程序停机的确定该厂机组的各部轴承各只装一个测温探头,当其中一个轴承的温度达到稍高定值时,通过86-5中间继电器出口程序停机,当其中一个轴承的温度达到过高定值时,通过86-2中间继电器出口事故停机。由于每部轴承只有一个测温探头,对于有多块轴瓦的轴承来说,只有一个测温探头不能真实反映每块轴瓦温度的变化情况,对于机组的安全运行是非常不利的,因此必须对轴承温度保护回路进行优化,实现实时监视每块轴瓦的温度变化趋势。2.6继电器出口事故停机该厂发电机冷却方式采用密闭自循环通风二次冷却方式,发电机风洞内共安装6台功率为11kW发电机冷却风机。6台冷却风机其中1台故障延时10s,通过86-5中间继电器出口事故停机。发电机冷却风机故障的保护出口逻辑如图4。由于风机台数较多,且冷却风机为连续运行方式,冷却风机故障的可能性较大,而单台冷却风机故障时,一定时间内并不影响机组的正常运行,因此采取单台冷却风机故障即出口停机的逻辑不够合理,应进行优化完善。3降低机组运行风险随着电力行业的不断发展进步,对电网和电厂的安全要求越来越高。为了降低机组运行风险,减少非计划停运时间,提高机组运行的可靠性。有必要根据运行初期经验,对机组水机保护回路进行一次整体梳理,找出其中的不足,通过技术攻关优化完善水机保护配置。3.1机组过速保护停机问题的解决建议机组原过速保护采用单一过速接点出口,可靠性较差,根据当前行业内成熟的机组过速保护配置经验,决定将机组过速保护改为PLC控制及机械过速保护装置共同实现。机组过速保护采用齿盘测速方式,过速保护采用三路齿盘测速经测速模块输入至测速装置PLC,测速装置PLC对三路测速信号进行判断。当三路测速输入信号有两路达到过速保护整定定值时,过速保护装置才会出口动作停机,即采用三取二的逻辑出口方式实现过速保护停机。如其中某个测速装置或模块故障时自动退出该模块,不影响整个测速装置的正常工作,避免了单个测速信号故障造成保护过速误动。同时为了防止测速装置PLC故障造成机组过速保护装置失去作用,结合当前机械过速相对成熟的现实,建议增加机械过速保护装置。当机组转速达到机械过速保护定值时,机械过速飞摆动作使机械过速保护装置动作,通过切换调速器动作油源实现机组快速停机。机组过速保护装置的优化配置框图如图5。通过对机组过速保护回路进行优化,机组发生过速时保护动作的可靠性更好,达到了降低机组过速保护装置误动或拒动的机率,提高了机组运行的可靠性。3.2油位异常保护为了避免采用单一开关量故障造成事故低油压或低油位误动,在压油槽本体上分别增加反应压力和油位的传感器,其控制接点与开关量接点并联输出,同时在上位机增加反应压油槽油压和油位的实时监视信息,方便运行人员实时了解压油槽油压和油位变化情况。正常时油压和油位回路均采用传感器控制,当传感器故障时自动切换由开关量控制,提高了装置运行的可靠性。油压装置油压和油位异常保护逻辑框图如图6。油压装置油压和油位保护回路虽然只增加了2个传感器,但对油压装置监视和保护起到较大的作用,方便运行人员实时监控油压装置的运行状态,提高了装置工作的可靠性。3.3油流中断保护回路在轴承高位油箱本体上增加油位传感器,在上位机增加轴承高位油箱本体油位的实时监视信息,方便运行人员及时了解轴承高位油箱的油位变化情况。同时考虑到轴承高位油箱油位过低报警时油箱的存油仍满足机组5min的润滑用油,运行人员有足够的时间进行处理,因此将轴承高位油箱油位过低停机回路取消,修改为增加判断轴承油流中断判据,即当轴承高位油箱油位过低且轴承油流中断,出口86-2中间继电器出口事故停机。考虑到润滑油系统导向逆止阀开关故障会出现油流中断信号,但轴承高位油箱油位不会下降,因此针对油流中断保护也采用增加判瓦温稍高判据,即当轴承油流中断的同时出现瓦温稍高时,出口86-2中间继电器出口事故停机。为了更好地监视机组各轴瓦的温度变化情况,在每块轴瓦上都装设测温探头。同时考虑机组轴瓦温度上升需要一定的时间,当机组出现轴瓦温度稍高时,运行人员可以有足够的时间进行检查处理,因此取消轴瓦温度稍高出口停机回路,保留轴瓦温度过高停机回路,但将轴瓦温度过高改为三取二方式出口。保护逻辑框图如图7。其中回路一:为油流中断回路,只发信不出口;回路二:为油流中断加瓦温稍高保护出口回路,既发信又出口86-2中间继电器;回路三为油流中断加高位油箱油位过低保护出口回路,既发信又出口86-2中间继电器出口事故停机。润滑油系统油流、轴承瓦温、轴承高位油箱油位三者之间存在着因果关联行为,轴承高位油箱油位低后会出现油流中断,最终到位瓦温升高。通过把润滑油系统油流、轴承瓦温、轴承高位油箱三者有机结合起来,使润滑油系统的水机保护配置更加合理。3.4轴承回油箱油位过高停机出口停机由于轴承回油箱油位过高的原因很多,出现油混水时会有油混水告警信号,机组正常运行时出现单纯回油箱油位高信号不会影响机组的安全运行,因此决定取消轴承回油箱油位过高停机出口停机回路,保留发信告警。至于轴承回油箱油位过低是是否停机,考虑到当轴承回油箱油位过低时会强制润滑切除油泵。当润滑油泵停止运行时,轴承高位油箱的油位由于没有润滑油泵的补油,油位会逐渐下降,至稍低时发信,提醒运行人员及时检查处理;当油位进一步下降至过低时如出现油流中断则会走事故停机流程,能够保证机组的安全运行,因此取消轴承回油箱油位过低停机出口停机回路,保留发信告警。3.5不同负载运行工况机组停机方案发电机冷却风机单台故障即出口停机,没有充分考虑故障后对机组的安全运行是否有影响,或者有多大的影响。为了探讨发电机冷却风机故障对机组的影响程度,优化发电机冷却风机故障停机回路,该厂制定了发电机冷却风机故障试验方案,通过逐台切除冷却风机的方式,检验机组在不同负载运行工况下,机组定子线圈、转子铁芯温升的变化趋势。试验发现,机组在额定负载下切除全部6台发电机冷却风机,定子线圈温度温升最快,其次是转子铁芯温升,但最少仍然有30min安全允许运行时间(定子线圈温度事故出口设定温度为120℃,转子铁芯温度事故出口设定温度为100℃)。因此,单台冷却风机故障即停机的设计明显不符合现场实际情况,有必要进行优化改进。将1号、3号、5号冷却风机电源取自相邻机组段动力盘柜,2号、4号、6号冷却风机电源取自本机组段动力盘柜,采用相邻机组间交叉接线方式提高冷却风机供电电源