泰山抽水蓄能电站监控系统温度保护逻辑优化方法研究

陈 鑫，王洪博，孙召辉，白剑飞，刘晓波，谷东永

（1.山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司，山东 泰安 271000；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京100038）

0 引言

泰山抽水蓄能电站位于山东省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5 km，距济南市约70 km，电站在山东电网中主要担负调峰、填谷作用，兼有调相和紧急事故备用等功能。泰安抽水蓄能电站安装有4台单机容量为250 MW的可逆式水泵水轮机组和发电电动机组，其正常运行工况主要有发电、发电调相、抽水、抽水调相等4种。

泰蓄电站计算机监控系统按照“无人值班”（少人值守）的原则设计，采用德国福伊特公司设计开发的VSHyCon CS7计算机监控系统[1]。机组水机保护跳闸矩阵的设计理念采用“保护机组为主，保护电网为辅”的原则，机组跳机条件多，机组跳机次数多。针对原机组流程跳机条件，经过分析泰蓄现场运行数据并结合国网新源公司《机组机械保护自动化元件（装置）动作逻辑指导意见》、国家标准GB/T 32894-2016《抽水蓄能机组工况转换技术导则》以及其他抽蓄电站的跳机条件,从温度、压力、流量等方面进行优化。本文介绍了对泰蓄原有温度保护所做的优化措施。

1 温度保护系统设计原则

泰蓄电站（以下简称“泰蓄”）机组温度保护涉及到的保护点包括：上导轴承瓦温、推力轴承瓦温、下导轴承瓦温、水导轴承瓦温、上导轴承油槽温度、推力和下导轴承油槽温度、水导轴承油槽温度、定子绕组温度、定子铁心温度、主轴密封温度、主变油温、止漏环温度、调速器压力油罐油温、励磁变压器温度。

泰蓄电站机组原温度保护采用单级越限和单点跳机的方式实现，即采用如下方式：各测温点通过硬接线接入PLC温度量输入模件后送到PLC处理单元（RTD方式），在PLC处理单元经过程序处理。若某个测点值大于报警值，则发信号报警；大于跳机设定值，则发信号启动跳机程序并送硬件跳机回路跳机。温度保护逻辑：上导轴承瓦温、下导轴承瓦温、推力轴承瓦温单个测点温度值超过停机值（85℃），延时（15 s）触发机械事故跳机流程；水导轴承瓦温单个测点温度值超过停机值（70℃），延时（15 s）触发机械事故跳机流程；定子绕组单个测点温度超过停机值（135℃），延时（15 s）触发电气事故跳机流程；定子铁心单个测点温度超过停机值（135℃），延时（15 s）触发电气事故跳机流程；励磁变压器单个测点温度超过停机值（145℃），延时（15 s）触发机械事故跳机流程；主轴密封单个测点温度超过停机值（40℃），延时（15 s）触发机械事故跳机流程；止漏环单个测点温度超过停机值（45℃），延时（15 s）触发机械事故跳机流程。

2 温度保护逻辑优化方法

原温度保护系统采用单级越限和单点跳机的方式，很多时候由于自动化元器件松动、自动化元器件故障、虚假报警等导致机组跳机，严重影响机组的安全运行，不利于电网稳定。

综合上述现象，采用以下优化措施降低机组误跳概率：

（1）将单级越限改为两级越限方式，温度超过第一级限值时，发报警信号；温度超过第二级限值时，发跳机信号。

（2）将单点跳机方式改为N取2跳机方式，降低单一测点由于元器件松动或故障造成机组跳机的概率。机组推力轴承、上导轴承、下导轴承、水导轴承、定子绕组、定子铁心、主轴密封水、止漏环的温度测值不再采用单一测点超过跳机限值就触发机组跳机流程的方式，而是采用N取2的方式，即同一部件中任意两个测点温度值超过跳机限值就触发跳机流程，如机组推力轴承瓦温任意两个测点的温度值超过跳机限值触发机组跳机流程。

（3）温度保护系统引入梯度报警。温度传感器在引入温度量模块之前，经过了焊接、端子、卡件等环节，任何一处接触不良，均会导致温度值突变，严重时可能导致机组保护误动[2]。为了避免温度测值异常变化导致机组误动，引入梯度报警闭锁温度保护跳机出口功能。如果温度在短时内发生的变化超过预设范围，认为该温度测点异常，发出温度变化异常告警信号，在变化异常情况下测点值不予采信，避免由于自动化元器件异常或者外部干扰导致的测点值突然增大引发机组误跳的情况。

（4）设置闭锁功能，启用温度量模块的故障诊断功能，在温度量通道出现故障时温度保护模块闭锁该通道测点值并发报警信号。

（5）对于上导轴承油槽温度、推力和下导轴承油槽温度、水导轴承油槽温度、主变油温、调速器压力油罐油温、励磁变压器温度这些温度测点，测点值越限信号只触发报警，不触发跳机流程。

（6）轴承瓦温保护是机组温度保护系统重要的组成部分。考虑到轴承瓦温保护的重要性，将原系统中轴承瓦温超过跳机限值延时15 s后跳机改为轴承瓦温超过跳机限值延时10 s后跳机。

（7）温度保护系统温度测值越跳机限值后触发的跳机流程全部统一为机械事故跳机。

3 温度保护逻辑优化措施

泰蓄机组温度保护采用第2节所述的优化方法后，优化措施如下：

温度保护跳机测点仅包含机组推力轴承、上导轴承、下导轴承、水导轴承、定子绕组、定子铁心、主轴密封水、止漏环；上导轴承油槽温度、推力和下导轴承油槽温度、水导轴承油槽温度、主变油温、调速器压力油罐油温、励磁变压器温度这些原跳机测点，只触发报警，不再触发跳机流程。

温度保护增加梯度越限闭锁功能，并且可在温度保护模块引脚端输入梯度限值，可触发跳机的测点个数也可根据实际需求在引脚处输入。目前设定的梯度限值是5 ℃/s,如果实时采集到的温度值在1 s时间范围内增加5 ℃，会闭锁跳机出口并发梯度越限报警，梯度值恢复到限值范围内闭锁解除。现在同一部件的温度测点触发跳机采用N取2方式，故输入引脚处测点个数设置为2。

温度保护中增加通道闭锁功能，在温度量通道出现故障时闭锁通道值并发报警信号。

温度保护触发跳机流程由原来部分部件的温度越限触发机械事故停机流程，部分部件（定子铁心上齿板、定子铁心下齿板、定子U相绕组、定子V相绕组、定子W相绕组）的温度越限触发电气事故停机流程，统一出口为触发机械事故停机流程。

优化后作用于机组跳机的温度保护测点见表1。

表1 泰蓄机组机械事故、电气事故跳机条件表

优化后的温度保护功能块如图1。

图1 推力轴瓦温度保护功能块图

输入管脚说明：

4 结语

通过对机组温度保护模块的逻辑优化，使得测温元器件故障而触发的误跳机概率大为降低，提高了机组跳机动作的可靠性，保障了电厂的安全可靠运行，对电网的安全稳定运行具有积极的意义。