溪洛渡水电站机组紧急停机回路的设计简介

2015-07-28 07:04李伶，张鹏

水电站机电技术 2015年7期

李　伶，张　鹏

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

溪洛渡水电站机组紧急停机回路的设计简介

李伶，张鹏

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

摘要：针对溪洛渡水电站厂区范围广、装机容量大、系统地位重要等特点，对机组事故状态下的紧急停机和关闭快速门回路提出了极高的要求。结合电站的枢纽布置和计算机监控系统配置情况，重点介绍了机组在事故情况下的紧急停机回路的设计方案。

关键词：溪洛渡电站；计算机监控系统；紧急停机；水机后备保护；紧急关闭快速门

0　引言

溪洛渡水电站位于云南省昭通市和四川省凉山州交界的金沙江下游河段，是金沙江上游第3级电站，也是国家“西电东送”和西部大开发的重点工程。电站由拦河大坝、泄洪、引水和发电等建筑物组成。电站分为左、右岸两个厂房，各装机9台，单机容量77万kW，总装机1 386万kW，工程规模在国内目前仅次于三峡水电站。电站于2005年12月正式开工，2013年7月首批机组发电，2014年7月迎来了全厂全部机组投产发电。

由于本电站在电力系统中的地位十分重要，对机组安全、可靠、稳定运行的要求尤为突出。尤其在2009年俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站机组发生重大机电事故后，国家电监会专门发文对机组的安全稳定运行提出了严格的要求。在此前提下，溪洛渡电站监控系统紧急停机回路的设计显得尤为重要，以确保事故状态下，能将机组带入安全、稳定的状态。鉴于本电站机组台数多、厂区范围广，各控制点和被控设备分散，建设周期长，为紧急停机回路的设计带来了较大的困难。

1　电站枢纽布置简介

由于溪洛渡电站的特殊管理模式和地理位置，为紧急停机和落快速门带来了一定的困难，全厂有人值班的监控中心布置在右岸地面，地下厂房将基本上实现无人值班。在此有必要介绍电站的主要枢纽布置。

电站主要由大坝、泄洪、引水和发电等建筑物组成，包括左、右岸两个呈对侧布置的电站，涉及水机保护和紧急停机回路的设备布置在以下部位：

（1）左、右岸地下主厂房：左、右岸主厂房均布置在拱坝上游约200 m的库岸山体内，主机间长310.41m，分别布置有9台水轮发电机组、机组间距约为35m，发电机层高程为376m，其下游侧布置机组LCU，设置有紧急停机和紧急关快门回路和手动按钮，同时设置水机后备保护PLC。

（2）左、右岸地下副厂房：在主厂房端头为副厂房，386m高程布置二次监视室，作为过渡期值班人员的控制室，此处设有监控本岸电站的厂站层设备。

（3）左、右岸进水口：电站进水口在地面610.0m高程。对应每台机组进水口均设置有1个快速闸门。最远的一面快速闸门距离机组的电缆路径接近3 km。

（4）地面集中控制楼：在右岸地面出线场（870m高程）附近设置全厂的集中控制管理区域，值班人员在该区域中控室对全厂进行监控。距离左岸地下厂房机组和进水口快速闸门的电缆距离均超过3 km。

2　对紧急停机回路的设计要求

鉴于上述情况，溪洛渡机组的安全稳定运行对电站监控系统紧急停机回路的设计提出了以下基本要求：

（1）满足“无人值班”（少人值守）的设计原则；

（2）在任何情况下发生机组事故时，均通过紧急停机回路实现紧急停机，并根据事故类型紧急关闭快速闸门，以确保机组和人员的安全；

（3）紧急停机回路按高度冗余原则设计；

（4）能通过在机旁、副厂房及地面中控室的手动急停按钮实现紧急停机和紧急落快速门。

3　计算机监控系统结构和配置简介

机组紧急停机回路为计算机监控系统的重要部分，作为背景信息，有必要对本站监控系统的结构和配置情况作简单介绍。

溪洛渡电站计算机监控系统采用分层分布式结构，由厂站层和现地控制单元层（LCU）组成。

厂站层设备主要包括操作员站和各种数据服务器等。同时，考虑到该电站的规模和重要性，作为自动监控系统的后备，中控室还设置有一套独立于监控系统PLC的模拟返回屏。

电站现地层设备包括：每台机1套机组LCU，共计18套、2套开关站LCU、6套公用LCU以及1套大坝LCU。除机组LCU外，还独立配置了水机后备保护PLC，当机组LCU故障时，仍能通过后备PLC完成水机保护。机组LCU在进水口设有远程IO装置，鉴于距离较远，通过光纤连接。

厂站层和现地层通过由6台1 000Mb/s主干交换机构成双环形控制网连接，（分别布置在左、右岸地下控制室和地面集中控制楼），通过光纤作为传输介质。

此外，为驱动中控室模拟返回屏，特设有1套独立的PLC（驱动LCU），主要用于直接采集返回屏所需的各种电气信号（模拟量和开关量），并输出状态报警。与其他LCU类似，该LCU直接挂于控制网和信息网，但与其他LCU彼此独立。该LCU在左、右岸地下厂房各设有3个远程装置，在左、右岸进水口也各设有1个远程装置，通过光纤连接。

4　紧急停机回路的方案设计

4.1回路的冗余设置方式

为保证机组的安全可靠运行，溪洛渡电站紧急停机回路按高度冗余方式设置，具体体现在以下几个方面：

（1）机组LCU配置双CPU、双电源、双通信模块等。

（2）除机组LCU外，还配有水机后备保护PLC，也采用与机组LCU类似的冗余配置。事故情况下，能独立于机组LCU监视各故障的发生并发紧急停机命令。

（3）信号源的冗余。前端重要信号源的干接点信号冗余配置，分别送监控LCU和水机后备PLC。

（4）停机输出信号的冗余，（包括紧急关导叶、跳发电机断路器和灭磁开关、落快速门等）均为双DO输出，DO点位于PLC不同机架的模板上。同时，上述信号输出采用不同的电缆，并尽量敷设在不同的路径上，以避免同时出现故障。

（5）除上述自动回路外，还分别在集控楼返回屏上、左、右岸副厂房控制室的按钮箱以及机组水机后备保护屏上，分别为每台机设置有1个手动紧急停机按钮和1个手动紧急关闭快速闸门按钮。在事故情况下，可由人工启动紧急停机流程。

4.2启动紧急停机的条件

在满足“水力发电厂自动化设计技术规范”的前提下，参照类似规模电站的运行经验，本电站启动紧急停机的条件考虑如下：

（1）机组LCU的紧急停机回路主要包括如下启动故障：各轴承轴瓦温度过高、机组电气和机械过速、油压事故下降、主配拒动、导叶剪断销剪断、冷却水中断、振动摆度过大、闸门下滑至事故位、停机按钮按下、机组电气事故等。

（2）为优化接线，水机后备PLC紧急停机回路主要考虑水力机械事故，主要包括各轴承轴瓦温度过高、机组电气和机械过速、油压事故下降、主配拒动、事故停机时导叶剪断销剪断等。

（3）机组故障分为以下几类：

1）一类机械事故，包括：机组机械事故停机过程中导叶剪断销剪断且机组转速大于115%，且过速换向阀接点动作、快速门开度小于90%，或快速门下滑至事故位置、.机组电气转速大于148%或机械转速大于150%。副厂房落快速门按钮按下、后备保护落快速门按钮按下、控制管理楼模拟盘落快速门按钮按下。

2）二类机械事故1（水轮机事故），包括：自动状态下调速器停机报警、机组转速大于115%，调速器液压系统主配拒动、机组转速大于145%、调速器油压系统压力故障或管路故障、水导油槽液位低，瓦温高、进水口闸门快速闭门动作或快速门开度小于80%、筒阀控制柜急停按钮按下、调速器液压系统急停按钮按下、副厂房紧急停机按钮按下、后备保护紧急停机按钮按下、控制管理楼模拟盘急停按钮按下、筒阀开度异常。

3）二类机械事故2（发电机事故），包括：推力油槽油位/液位低、上导油槽油位/液位低、推力瓦温高、上导瓦温高、下导瓦温高。

4）电气事故，包括：机组并网或空载运行时A套发电机保护动作停机总信号、机组并网或空载运行时B套发电机保护动作停机总信号。

4.3紧急停机流程启动后的出口方式

在紧急停机的条件启动后，其出口方式设计如下：

（1）发生一类机械事故时，机组LCU及后备保护PLC均启动快速停机及关快速门流程，同时依条件落筒阀，具体程序包括启动调速器急停电磁阀、关快速门、依条件落筒阀、卸载至空载后，再动作于跳闸、灭磁、停机。

（2）发生二类机械事故时，机组LCU及后备保护PLC均启动快速停机流程，包括启动调速器急停电磁阀、卸载至空载后，再动作于跳闸、灭磁、停机。如果上述步骤超时，则去动作落快速门。

（3）发生电气事故时，机组LCU启动紧急停机流程，直接跳发电机出口断路器、跳灭磁开关、停电调及调速器急停电磁阀。水机后备保护PLC不再参与电气事故的紧急停机。

（4）当启动以上快速停机流程或紧急停机时，转速达到115%且主配拒动，或转速达到二级过速（145%或148%）及以上都需要动作事故配压阀。

4.4紧急停机和紧急落快速门按钮的出口方式

在集控楼模拟返回屏上，左、右岸副厂房监视室急停按钮箱上以及主厂房发电机大厅机组LCU柜上，为每台机组均设置有紧急停机按钮和紧急落快速门按钮。紧急停机按钮启动紧急停机流程。按钮的辅助接点直接接入机组LCU、水机后备保护PLC以及模拟屏LCU及其远程I/O柜。由于上述各部位均较为分散，距离较远，不允许所有回路均采用硬接线连接，需采用光纤通信方式出口，为保证回路的可靠和冗余性，对于任何部位的紧急停机命令，最后均将通过机组LCU和水机后备保护PLC同时出口。对于任何部位的紧急关快速门按钮，最后均将通过机组LCU在进水口的远程IO柜和返回屏在进水口的远程IO柜同时出口。具体的接口方式详见图1~2。