一例水轮发电机组高转速加闸原因分析及防范措施

蒋 敏

(四川革什扎水电开发有限责任公司， 四川 丹巴 626300)

1 概 述

某水电站一水轮发电机组在调试阶段停机过程中，投入电气制动数秒后投入了机械制动，高转速加闸造成闸块磨损约4 mm。事后分析查找原因，发现齿盘测速信号之前已经为零，在电气制动投入后残压测速信号消失，导致机械加闸转速信号接点误动作，监控误开出加闸。笔者针对此事件进行分析，提出了以下几点防范措施。

2 高转速加闸事件经过

某水电站采用电气制动和机械制动相结合的方式，正常停机时在80%ne(额定转速)投入电制动，至10%ne时投入机械制动；故障情况下(灭磁开关跳闸)不投入电制动，在20%ne时直接投入机械制动。

该电站采用单套齿盘和残压测速装置，正常情况下以齿盘测速为主，齿盘信号故障则切换至残压测速。测速装置输出开关量接点分别送监控、励磁等系统，作用于报警、投电制动、加闸和起励等操作。

因现场测速齿盘齿数过多(44个)，齿盘测速脉冲信号周期达到4.54 ms，已经超过了调速器PLC高速计数模块的最小分辨率(5 ms)。为满足调速器和测速装置同时使用齿盘测速，将齿盘重新加工为22个齿后回装，之后执行“空转-停机流程”时，投入电气制动数秒后，调试人员发现有闸块磨损的气味。检查发现机械加闸已经顶起，调试人员立即手动排气复归闸块，但仍造成闸块部分磨损。

3 高转速加闸事件产生原因分析

3.1 监控报文分析

高转速加闸事件发生后，调取监控报文(表1)了解情况。

表1 高转速加闸监控报文表

由表1可见，1F机组在停机过程中，在机组出口短路刀闸合闸数秒后，转速信号由80%ne降至10%ne。而实际正常投入电制动后，机组转速需约几百秒才可能降至10%ne。因此，可以判断测速装置报出的机械加闸转速信号点属于误报。

3.2 测速系统分析

现场检查发现，齿盘回装后，测速装置的齿盘测速信号异常，测速装置仅残压测速能正常工作。在监控系统投入电气制动、机组出口短路刀闸合闸后，残压信号亦消失，导致测速装置测得转速为0，机械加闸转速条件满足，监控系统开出动作机械加闸电磁阀。

3.3 监控程序分析

分析监控系统“空转至停机流程”发现，其在收到“投入电气制动”转速接点后，先向机组保护发“闭锁差动保护”命令，再投入机组出口短路刀闸，之后向励磁系统发“投电气制动”命令。在励磁系统跳开阳极刀闸、合上制动变高压侧开关后，电气制动正式发挥制动作用。但监控程序在电气制动和机械制动两步之间没有设置硬性等待时间条件，仅靠转速信号条件满足即从电气制动进入机械制动，因此测速装置信号接点误动造成了此次误加闸。

4 高转速加闸防范措施

4.1 优化测速装置

测速装置是此次高转速加闸事件的关键，若单套齿盘测速信号消失的报警信号能进入监控系统流程，又或还有一套转速装置能正常工作，均能避免此次事件的发生。因此，拟增设一套测速装置，所增设的测速装置采用与已有的测速装置不同的齿盘和残压信号。两套测速装置的开关接点80%ne、20%ne、10%ne均串联动作于监控系统，115%ne、130%ne均并联动作于监控系统(图1)。

4.2 优化监控程序

在监控系统“空转至停机流程”中设置转速监测，若在投入电气制动之后10 s内收到“投机械制动”接点，则判为测速装置故障。投入电气制动之后必须等待800 s，在收到“投机械制动”接点后方才投入机械加闸。

4.3 完善安全措施

图1 测速装置转速接点逻辑图

在机组调试阶段第一次有水试验时，机组加闸和反充必须手动完成。先将加闸和反充气源关掉，待检查电磁阀动作正常后再投入使用。

5 结 语

对于同时采用电气制动和机械制动的水轮发电机组，若只有一套测速装置，在齿盘信号出现问题时很容易造成高转速加闸。通过增设转速装置和优化监控程序，能够很好地避免这一隐患。特别是监控程序中电气制动和机械制动两个步骤间的强行等待时间，可以为同类机组提供有益的借鉴。