2020水电机组提高水机保护可靠性措施

水电机组提高水机保护可靠性的措施作者：职场人1、相关规程对水机保护的配置要求1.1《水轮发电机组自动化元件(装置)及其系统基本技术条件》的相关要求：“5.2.7机组发生下列情况时，机组自动化元件及其系统要求发出事故停机并报警：1)机组各轴承及发电机定子过热；2)水润滑轴承主、备用水均中断或降低到一定值并超过规定时间；3)机组调相运行时失去电源，与电网解列，机组转速下降至规定值；4)电气事故保护动作；5)机组火警；6)机组振动、摆度过大；7)按事故停机按钮；8)安装有圆筒阀或进水口快速闸门的机组，在圆筒阀或进水口快速闸门下滑到事故位置时”。“5.2.8机组发生下列情况时，机组自动化元件及其系统要求发出紧急事故停机并报警，同时应动作过速限制器并可延时关闭进水阀，只有进水阀没有过速限制器的机组，可直接进行关闭进水阀：1)机组甩负荷，机组转速上升到110%～115%额定转速，又调速器主配压阀拒动，再经过延时；2)机组过速到最大瞬态转速的规定值加3%额定转速，电气转速信号器动作；3)机组过速到最大瞬态转速的规定值加5%额定转速，机组液压过速保护装置动作或机械过速开关动作；4)油压装置紧急事故低油压或油位降低到事故低油位；5)事故停机时剪断销剪断；6)按紧急事故停机按钮。以上是目前我们对水机保护配置的基本依据，对于贯流式机组一般需要增加一个高位油箱油位低和油流中断，对于调速器故障是否停机，要根据实际情况确定。1.2《水电厂无人值班的若干规定（国电发2002年685号）》对水机保护的要求：4.1.2.1机组的水力机械故障信号有：推力轴瓦瓦温过高、上导轴瓦瓦温过高、下导轴瓦瓦温过高、水导轴瓦瓦温过高、发电机冷热风温度过高、推力油槽液位过高或过低、上导油槽液位过高或过低、下导油槽液位过高或过低、水导油槽液位过高或过低、各轴承油槽外循环油流中断、各轴承油槽冷却水中断、主轴密封润滑水中断、导叶剪断销剪断、水轮机顶盖水位过高。4.1.4.1失电动作停机保护在二次回路中，失电动作是可靠的保护方法，适用范围有：调速器的紧急事故停机电磁阀装设失电动作的电磁阀；机组控制回路直流电源消失。………………4.1.4.3双重化冗余配置双重化冗余配置的要求：调速器的紧急事故停机电磁阀也可以装设通电动作的两个电磁阀，或通电动作有双线圈的电磁阀，均应由不同的电源供电。水轮发电机的出口断路器应为双跳闸线圈，并由两路电源分别供电。4.3防止水淹厂房………………4.3.7增设第3水位信号器于水轮机层以下和集水井层之间，与过高报警输出相与，作为水淹厂房报警。1.3《水力发电厂测量装置配置设计规范》对水机保护信号测量的要求：“6.1.3.2对于有温度保护要求的部位，如各轴承轴瓦、轴承油槽油温等，应配置双检测元件。”“6.1.3.4转速测量信号源应采自机端电压互感器和齿盘传感器，或者由相互独立的齿盘传感器提供脉冲信号，信号源应不少于两个。”1.4《发电企业安全生产标准化规范及达标评级标准》的相关要求：“5.6.4.5.1用于机组过速保护的转速信号器（或装置）采用冗余配置，其输入信号必须取自不同的信号源；转速信号器选用符合规程要求。电气过速保护和机械过速保护系统可靠且投入运行；剪断销剪断、事故低油压等紧急停机联锁动作可靠。进水口事故闸门控制系统满足运行工况要求，自动和保护装置良好，投入运行并定期校验；远方和现地紧急停机回路完备可靠，且能够远方手动紧急关闭主阀或进水闸门。”1.5《中国大唐集团公司水电热工与自动化技术监督制度》的相关要求：水电厂热工与监控系统、调速系统的主要控制装置系指关系到机组安全运行、经济运行状态的监控仪表、调节、控制和保护装置。各发电厂应根据本厂机组的具体型式结构、监控系统（水轮机盘）、调速系统控制装置的实际配备情况,参照下列划分项目对全厂主要控制装置进行统计造册。A3主要水力机械保护系统推力轴瓦瓦温过高、上导轴瓦瓦温过高、下导轴瓦瓦温过高、水导轴瓦瓦温过高、发电机冷热风温度过高、推力油槽液位过高或过低、上导油槽液位过高或过低、下导油槽液位过高或过低、水导油槽液位过高或过低、各轴承油槽外循环油流中断、各轴承油槽冷却水中断、主轴密封润滑水中断、导叶剪断销剪断、水轮机顶盖水位过高、事故低油压。A4其他电气故障保护系统发电机过负荷、发电机定子接地、发电机转子一点接地。A5失电动作保护停机系统调速器紧急事故停机电磁阀（装设失电动作电磁阀）、发电机电气保护回路直流电源消失、机组控制回路直流电源消失、机组励磁回路直流电源消失。A6原动力失效保护机组出口断路器原动力降低至保护极限值、机组进水阀或快速闸门等油压降低至保护极限值。2对主要水机保护项目配置优化的建议2.1温度保护一般机组温度保护可以根据需要进行配置，轴瓦温度一定是需要的，其它保护根据可靠性的情况进行配置。外循环机组的油槽（特别是水导油槽）油位保护（保护轴瓦）建议优化逻辑后投入。大中型机组建议采用进LCU中所有点取2或3点的保护方式（注意可能有些瓦的双支热电阻两点都进了LCU，作保护时只要选择一点），一般对于推力瓦可以任选，其他轴瓦可以采用相邻瓦的方式，如果认为逻辑组态难，也可以采用任选的方式，这样的目的是在防误动和拒动之间找一个平衡。温度测点在LCU中的布置应遵循分散控制的原则，如推力16块瓦的温度就不能全部被分配在了一块卡件上，这种情况的危害性是如果该块卡件故障，将无法监视到任意一个推力瓦温了，保护可能误动或拒动。对于大型机组是否需要温度数显表的温度保护，如果监控系统故障，还要求机组运行，就安装温度数显表；如果没有这项需求，温度数显表的温度保护就不一定需要了。水电机组的轴瓦温度可以只启动事故停机流程（大型机组）。小型机组建议采用制动柜的温度表计，如果是两个点，建议采用一个点的高二值与上另一个的高一值，在保护拒动和保护误动取一个平衡。依据是集团公司对于保护的要求是三取二、二取二或一取一。推力油槽液位过低、上导油槽过低、下导油槽液位过低、水导油槽液位过高或过低保护现在投入率不高，主要是担心单点保护误动，建议采用油槽液位＋相应的轴瓦温度高一值，轴瓦温度高一值的处理逻辑可以和轴瓦温度高保护一样。对于外循环机组重点关注水导油槽液位的保护。油槽油温过高的保护建议采用油槽油温过高＋相应的冷却水流量低＋延时；当然也可以装三个测点，实现三取二。2.2过速保护机组一级过速保护设计的一般是115％过速＋主配拒动。目前主配拒动的信号，传统的设计采用外部在主配上增加行程开关的方式，其实就是一个主配在非关的位置，造成信号的可靠性非常低，安装也非常困难。目前的调速器主配一般有三种，一是采用步进/伺服电机，一种采用比例伺服阀，一种是数字阀，对于前者，主配的行程信号没有问题，但比例伺服阀，主配的行程信号是难以处理的，对于有些数字阀，根本就没有位置信号。对于主配拒动信号，建议采用以下方案：115％过速＋“调速器结合各种情况（主要是接力器的行程）判断的主配拒动（由调速器厂家编写程序发出信号）”，同时该保护还应有机组已经脱网，GCB开关分或主变高压侧开关分。机组如果没有事故配压阀，机组一级过速保护应该下闸。对于电气过速保护的设计，应采用两种不同的测量原理（齿盘测速和残压）的转速继电器，300MW以上的机组用于保护、控制的测速系统应实现“三取二”逻辑方式，过速保护装置应定期检验，并正常投入。目前发电企业安全标准化评审中都要求机组的过速保护采用“三取二”。机械过速保护的油压回路需要保证其可靠性，为提高机械过速保护电气回路的可靠性，可以采用带两对接点的行程开关，如果机组没有事故配压阀，禁止在机械过速保护的回路中增加电气过速信号。对于过速保护的定值，《GBT11805-2008水轮发电机组自动化元件(装置)及其系统基本技术条件》要求：机组过速到最大瞬态转速的规定值加3%额定转速，电气转速信号器动作；机组过速到最大瞬态转速的规定值加5%额定转速，机组液压过速保护装置动作或机械过速开关动作。过速保护的定值一定要确定为153%和155%吗，对于现在部分机组采用的140%的定值，如果一定需要这台机组脱网后带厂用电运行，那么就必须按照GBT11805-2008的要求执行，如果没有带厂用电运行的要求，原来的140%是可以的，但需要办理相应的审批手续。目前火电机组相关规程规定电气超速保护是110%，机械保护是110±1%，目前大多数电厂将其中一个电气保护的定值设置为107%左右。目前火电机组的超速保护的设置方法如下：汽机制造厂配备机械超速保护，动作保安油系统，动作值为109～111％，可以进行在线试验。配备一套OPC（过速限制系统，事故配压阀是过速限制器的一种方式）保护，保护动作值为103％或机组负荷大于30％且机组脱网（可以根据电网实际情况设置）。电气超速保护设置两套，一套由调速器（DEH）的三个齿盘测速“三取二”发出过速信号，一套由机组在线监测系统（TSI）的三个齿盘测速“三取二”发出过速信号，根据反措的要求，DEH和TSI的测速选择在机组不同的地方。2.3事故低油压和事故低油位压油槽等的启泵压力开关由于安装位置振动比较大，可靠性存在问题，同时机械式压力开关的回差是客观存在的。对于压油槽可以考虑只安装4～5块仪表，1个压力变送器，1个压力表，2～3个机械式压力开关用由事故低油压保护。但该方案与现在的设计规程有一定的出入。事故低油压保护最可靠的办法是油压开关三取二，可以采用三个带双接点的压力开关，组合形成三取二的逻辑，事故低油压保护的压力开关至少需要配置2个。还可以配置一个压力开关用于停泵。压油槽带自动补气的机组，需要考虑事故低油位保护，事故低油压可以采用低一值＋低三值或低二值＋低三值的方法（如果没有三个油位开关，考虑由变送器信号取一个）。高位油箱油位低保护也可以考虑该方式。2.4保护系统的电源和电磁阀（暂时只对大型水电机组要求）目前水机保护系统采用单路电源的问题比较突出。水机保护系统需要采用双路电源，一般机组只有一路完全独立的220VDC（使用二极管隔离的不算），建议可以采用UPS电源经整流后生成另一路直流电源，成为可自动切换的双路供电电源，当然也可以从升压站或闸门室取一路电源，改为可自动切换两路直流电源。高度重视快速闸门控制电源的问题，快速闸门控制电源应具备热备用功能（可在就地设置UPS电源，UPS电源直流电源和机组不一样）。加强保护和监控系统电源的监视，系统电源故障（LCU、水机保护系统、快速闸门控制系统和人机接口站）必须在中控制室内设有声光报警。定期检查电源回路端子排、配线、电缆接线螺丝无松动和过热现象，电源保险丝容量是否持续保持与设计图纸相一致。下闸电磁阀的设置应具备防止拒动和误动的功能，在保持现有的带电动作设计的前提上，至少考虑采用两个电磁阀或双线圈电磁阀，采取不同的电源。紧急停机电磁阀的电源应采用调速器的工作电源，最好采用失电设计的原理（满足失电时导水机构自动关闭的功能，调速器如果是比例阀就不需要了）。下闸电磁阀一般要采用110VDC、220VDC、220VAC等强电，不要采用24VDC等电源。2.5手动紧急停机、下闸回路的设置操作员站及少数重要操作按钮的配置应能满足机组各种工况下的操作要求，特别是紧急故障处理的要求。紧急停机下闸的按钮配置，应采用与计算机监控系统和常规水机保护分开的单独操作回路。在中控室的紧急停机、下闸的按钮应该是直接动作停机、下闸的电磁阀，中途不需要通过其它控制系统。大型水电机组紧急停机下闸的回路建议采用不同的走向，防止一起事故造成所有的控制回路都断开，不能下闸。特别注意的是手动紧急下闸需要有保护闸门底槽的措施，一般可以和闸门控制柜的就地紧急下闸按钮的回路并联。3、监控系统流程优化的建议开机流程的条件部分电厂不完善，一般情况下外部条件应包括：(1)进水口闸门、尾水闸门全开，压力水管充水；(2)机组制动系统正常，制动闸已解除；(3)调速器压油系统正常，包括油压和油位，调速器无故障；(4)机组冷却水系统正常，以保证良好冷却和润滑(如尼龙、橡胶轴承)；(5)接力器锁定已拔出，且导叶开度应在零点位置，使导叶可操作；(6)发电机励磁开关在断开位置，或已经灭磁；(7)发电机出口断路器在断开位置，防止外电侵入，电源正常；(8)机组无故障，机组停机继电器、事故配压阀等在复归位置；(9)各油槽油位不低、空气围带无压；(10)操作电源正常。内部条件主要是无控制系统故障，无保护动作信号，其他流程已经复位。另外的问题是：部分电厂开机到空转、空转到空载、空载到发电、发电到空载、空载到空转、空转到停机等流程没有单独编写，电气事故流程没有单独编写等问题。最大的一个问题是流程中防止机组过速的问题不到位，大多数电厂现在的停机流程中断开断路器的条件为有功到零，考虑到有功信号的可靠性，为防止带负荷分断路器，该条件建议改为有功、无功到零与导叶空载位下，再分断路器；也可以直接通过逆功率保护停机。除非有功有功率有变送器和交流采样两种方式，并且其TA分别来自发电机出口和主变出口侧就可以考虑不要判断