黄河上游某电站3#机事故分析

黄河上游某电站3#机事故分析

1水轮峡港机组过速事件回顾2011年10月14日至18日，黄河上游的一家核电站实施了采矿开始令，并迅速打开了导叶，直径为26.4%，电机频率为98.4hz。于是运行管理人员迅速多次按压3#机调速器机械柜“紧急投入”按钮和3#机机旁柜“事故停机”和“紧急停机”按钮,3#机导叶开度仍为100%,于是当值班长下令提泄洪闸放水以降低水库水位。18:27,由于上游水位过低,该站其它机组被迫停运。18:29,3#机组在无人操作的情况下导叶全关,18:33转速降为零。事后经查阅3#机在线监测与故障诊断系统,3#机最高转速达244.2%ne,转速在160%ne以上运行时间达12min57s。本次事故导致3#机组停运27d4h41min,1#机组停运23h28min,水库弃水2.565亿m3,折合电量损失2336万kW·h。事后查明由于油质劣化,3#机导叶伺服比例阀、切换阀、手动增减电磁阀、紧急停机电磁阀阀芯均卡涩不动导致3#机失控。八盘峡水电站6#机的两起过速事件回顾。2008-02-10-12:10,机组备用期满7d,按《运行规程》规定进行开机加压升温,上位机执行“停机-空载”令,监视机组转速升至110%ne且有上升趋势,上位机语音报警“电调故障,PT断线”,立即在电调柜执行紧急停机操作,6#机组停机正常。查计算机简报信息记录:12:13:07开机,27s后机组转速112%ne,31s后机械过速摆大于145%ne动作,33s后电气测速大于140%ne动作,40s后机组转速最大为184%ne,50s后紧急停机动作,55s后机组导叶小于空载,1min3s后机组导叶全关,1min29s后机组转速降到小于或等于0.5%ne,机组停机正常。本次事故未造成损失。2011-11-14-04:32,同样6#机组备用期满7d,按《运行规程》规定进行开机加压升温,上位机执行“停机-空载”令。04:33,上位机简报显示:6#机电调故障、电气过速140%动作、机械过速145%动作、推力油位偏低。04:34,6#机停机正常。经检查6#机机械过速摆动作、电气过速140%动作,在反水锤的作用下机组抬车,导致励磁系统8个碳刷损坏。事后组织厂家技术人员对6#机调速器分解检查,未发现引导阀、主配压阀有明显的卡涩痕迹,但油质较差,且两次事故均是在机组长期备用、当时环境温度接近0℃的情况下发生的。据此分析,引起这两起事故的原因可能有以下两点:(1)油污引起引导阀发卡;(2)低温油黏度增大引起引导阀发卡。综观上述两电站水轮发电机组过速事件,尽管后者并未造成恶劣影响,但存在的隐患不容忽视,而且两电站有一个共同点:机组没有独立的过速限制器和防飞逸装置。这样的设计在我国中低水头的水电站是普遍现象,试想当调速器引导阀发卡,当调速器主配发卡以至整个调速系统失灵时,我们又该怎么办?是像黄河上游某电站一样排空水库还是开启检修闸门(从准备到落下大约需要1h)?如果是这样,轻者机组严重受损,重者机组飞逸、水淹厂房甚至溃坝。2#机过速保护图1为我国某电站调速系统简图,调速器采用武汉四创自控公司生产的WST-PLC调速器(图中将桨叶调节部分省略)。图1中过速保护由过速摆、紧急停机电磁阀和液动换向阀组成。当PT测速值140%ne时,测速装置输出,动作过程如下:紧急停机电磁阀励磁,液动换向阀控制腔接通压力油,液动换向阀动作,引导阀上腔接通排油,引导阀活塞上移,主配压阀活塞随之上移通,导叶接力器关腔接通压力油、开腔接通排油接,导叶关闭。当机组转速达145%ne时,安装在机组大轴上的机械过速摆动作,紧急停机电磁阀励磁,其它动作过程同上。图2为该电站3#机调速系统简图,是在6#机过速保护的基础上进行了优化,将机械过速摆装置更换,由原来的电气接点输出改为直接通过油路切换来控制过速保护液动换向阀来实现紧急停机。当PT测速值140%ne时,动作过程同上。当机组转速达145%ne时,安装在机组大轴上的机械过速摆动作,动作过程如下:机械过速摆动作,机械过速换向阀控制腔排油,机械过速换向阀动作,引导阀上腔接通排油,引导阀活塞上移,主配压阀活塞随之上移通,导叶接力器关腔接通压力油、开腔接通排油接,导叶关闭。这两台机的过速保护配置简单且易于实现,后者减少了对电气回路的依赖,看似比前者可靠很多,但实际上只是对机械过速摆的输出方式做了改进而已,执行元件并没有变。我们看到,这两台机的过速保护有一个致命的缺点:不论是电气过速还是机械过速,除了测速方式不同外,其它执行元件均相同,从本质上说只是一套保护,只要引导阀发卡拒动,机组将失去过速保护而失控,本文开头的一幕将再现,后果不堪设想。根据《水轮机设计手册》的要求:水轮机进水管道上一般都装设阀门。其作用是:进水管或机组检修时关闭阀门以切断水流,机组长期停机时,关闭阀门以减少水流漏损,机组发生事故而导水机构失灵不能关闭时,紧急关闭阀门,以防止事故扩大。这里所说的阀门通常是指蝴蝶阀和球阀,而由于轴流转桨式水轮发电机组进水流道尺寸大,在阀门的选型和制造上有困难,所以在工程实践中一般不设蝴蝶阀和球阀(即快速门)的。那么,有没有一种简单可行的方法,既可以满足水轮发电机组的过速和防飞逸保护,又能在工程实践中易于实现呢?这就要求我们对现行过速保护加以改造和优化。3过速保护的实现方案要实现简单而可靠的过速保护,基本思路是利用现有资源,利用成熟的产品,实现冗余配置,有两种方案。方案一:选用具有电气接点输出的机械过速摆、电磁操作阀、油阀和事故配压阀组成过速限制器,加装在调速器主配压阀和水轮机导叶接力器之间,实现简单而可靠的过速保护,如图3所示,其中虚线框中为加装的过速限制器。PT测速值140%ne时,测速装置输出,动作于紧急停机电磁阀;机组转速达145%ne时,机械过速摆动作,动作于事故电磁阀。当PT测速值达140%ne时,动作过程如下:紧急停机电磁阀励磁,液动换向阀控制腔接通压力油,液动换向阀动作,引导阀上腔接通排油,引导阀活塞上移,主配压阀活塞随之上移通,导叶接力器关腔接通压力油、开腔接通排油接,导叶关闭。当机组转速达145%ne时,机械过速摆动作,事故电磁阀励磁,事故油阀的操作腔接通排油,事故油阀在压力油的作用下打开,事故配压阀的操作腔接通压力油,事故配压阀动作,导叶接力器开腔接通排油,接力器在关腔压力油的作用下将导叶关闭。方案二:将方案一中“具有电气接点输出的机械过速摆和电磁操作阀”这两元件用“具有直接油路切换的机械过速摆”替代,实现纯机械过速保护,如图4所示。这两种过速保护具有显著的优点:(1)保护简单可靠。整个保护只需电磁操作阀(或机械过速摆)、油阀和事故配压阀组成,执行元件少,无中间环节,出故障的可能性小,当机组过速时,能可靠动作而关闭机组导水叶。(2)产品成熟、易于选型和实现。DP型电磁操作阀(或机械过速摆)、YF油阀和GC型事故配压阀均为成熟的产品,产品质量稳定可靠,易于选型,易于布置安装。(3)抗油污能力强。DP型电磁操作阀、YF型油阀和GC型事故配压阀抗油污能力强,加上电磁阀前安装油滤过器,故元件由于油质问题而拒动的可能性小。(4)冗余配置,两套过速保护同时拒动的可能性小。加装过速限制器后,实际上实现了两套过速保护,而且各自的测量元件和执行元件均独立,同时出现故障的可能性极小。紧急停机电磁阀和事故电磁阀接线灵活,只要保护定值合适,两套测量元件输出完全可以同时接入紧急停机电磁阀和事故电磁阀,使其动作更加可靠。4基于旋转温度的过速保护经过以上过速保