论柳坪水电站3F机组转速测控回路优化与改造

常 正 鹏， 张 皓 鹏， 曹 伦

(阿坝水电开发有限公司，四川 黑水 624000)

0 引 言

柳坪水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州茂县境内，为引水式电站，安装三台机组，装机容量120 MW(3×40 MW)。

柳坪水电站3F机组转速测控装置经过十余年的运行，齿盘测速装置和电气测速装置都是单信号源输入，并且输出信号没有闭锁逻辑，容易造成误动，对机组的安全运行造成了一定的隐患。此外机组无爬行监测装置，现场多次因导叶间隙漏水量较大，停机流程完成后机组发生蠕动的情况。针对这种情况，经咨询论证，升级转速测控装置可以有效避免上述问题的发生。

1 转速测控装置组成及问题

1.1 转速测控装置的组成

柳坪水电站3F机组振摆测速柜电气测速装置为四川中鼎ZDZK-Ⅲ电脑转速测控仪电气测速装置，与齿盘测速装置ZDZK-C电脑转速测控仪共同构成柳坪3F机组转速测控装置，供现地监视机组转速，并输出开关量和模拟量至3F机组LCU和水机保护回路，为计算机监控系统提供转速上位机监视、信号告警、机组流程控制、以及事故跳闸依据。

齿盘测速装置ZDZK-C电脑转速测控仪采用单路齿盘传感器作为输入信号源，共有6路开关量输出，开关量输出信号分别是J1(转速<5%)，J2(转速<25%)，J3(转速>90%,备用)，J4(转速>95%)，J5(转速>115%)，J6(转速>140%)。

电气测速装置ZDZK-Ⅲ电脑转速测控仪采用机组出口PT电压作为输入信号源，共有6路开关量输出，开关量输出信号分别是J1(转速<5%)，J2(转速<25%)，J3(转速>90%,备用)，J4(转速>95%)，J5(转速>115%)，J6(转速>140%)。

电气测速装置和齿盘测速装置开关量输出J1(转速<5%)接点并联接入监控系统机组转速小于5%信号点，作为机组全停转速判据。

电气测速装置和齿盘测速装置开关量输出J2(转速<25%)接点并联接入监控系统机组转速小于25%信号点，作为机组停机流程中投入制动闸判据。

电气测速装置和齿盘测速装置开关量输出J4(转速>95%)接点并联接入监控系统机组转速大于95%信号点，作为机组开机流程中励磁系统开机令判据。

电气测速装置和齿盘测速装置开关量输出J5(转速>115%)接点并联接入监控系统机组转速大于115 %信号点，与主配拒动信号配合作为机组事故停机判据和一级过速水机事故停机的判据。

电气测速装置和齿盘测速装置开关量输出J6(转速>140%)接点并联接入监控系统机组转速大于140%信号点，作为机组二级过速判据和二级过速水机事故停机的判据。

柳坪水电站3F机组转速测控回路见图1。

图1 柳坪水电站3F机组转速测控回路

1.2 存在的问题

(1)齿盘测速装置ZDZK-C电脑转速测控仪为单齿盘信号源输入，且输出信号没有闭锁逻辑，装置输出信号有一定的误动风险。

(2) 电气测速装置ZDZK-Ⅲ电脑转速测控仪为机组PT电压单信号源输入，且输出信号没有闭锁逻辑，装置输出信号有一定的误动风险。

(3)齿盘测速装置与电气测速装置输出点并联输出，没有输出闭锁；机组已发生过在运行过程中误报机组转速<5%信号，在停机过程中误报机组转速>140%信号并误启动事故停机流程的故障。

(4)电气测速装置和齿盘测速装置开关量输出J2(转速<25%)接点并联接入监控系统机组转速小于25%信号点，作为机组停机流程中投入制动闸直接判据。在2020年柳坪2F机组修后启动试验和柳坪3F机组修后启动试验过程中，分别因机组残压较低和机组PT未投入，造成电气测速装置无法测得电气转速，电气测速装置转速信号为0 Hz，机组转速开关量输出J1(转速<5%)和J2(转速<25%)接点动作，造成机组停机过程高转速时投入制动闸，对机组刹车系统造成较大影响，同时也对机组安全运行造成了一定的隐患[1]。

(5)柳坪水电站机组无爬行监测装置，现场多次因导叶间隙漏水量较大，停机流程完成后机组发生蠕动的情况，现场在少人值守的情况下无法及时处置该问题。

2 改造思路及措施

2.1 改造思路

柳坪水电站3F机组齿盘测速装置和电气测速装置都是单信号源输入且无爬行监测装置的问题可以通过升级测速装置的手段来解决；输出信号没有闭锁逻辑，容易造成误动的问题可以采用优化开出回路的方法来避免误动。

2.2 升级齿盘测速装置

针对柳坪水电站3F机组转速测控装置存在的问题，将ZDZK-C齿盘测速装置升级为科明CM-200微机测速装置(简称CM-200装置)。CM-200装置采用的是现代测控技术，配以先进可靠的电气转速传感器和机械转速传感器，同时测量发电机机端电压频率和机械转速脉冲信号，从而实现对发电机组转速的测量和控制。现在随着发电机组自动控制系统的不断发展和进步，对机组转速测量的精准度与保护的可靠性要求越来越高，原有测速装置已不能完全满足要求。CM-200装置为了解决以往各个类型的测速装置所存在的缺陷和电站保护及自动监控的专门要求，采取了以下突破性的设计方法：(1)同时采用电气、机械两种测速原理，三路信号输入，有机结合。(2)专门设计了独特的电气转速传感器，彻底解决了残压信号超低频率、超低幅值时难以准确可靠测量的难题。(3)采用先进的便于安装的机械转速传感器，克服了传统使用的光电传感器或编码器安装困难及由此带来的可靠性差等问题，而且还能正确区别机组旋转方向，满足抽水蓄能电站机组不同运行工况下的测速要求。(4)可广泛应用于发电机组的转速测量与保护，亦可用于其他工业领域中需要测速的场合，还可单独作为测频表使用。(5)具备水轮机导叶位置输入接口回路，可以更加及时准确判断水轮机停机状态下潜动(爬行)，以保护机组安全[2]。

CM-200装置采用了PI+FI测速模式，经过升级齿盘测速探头，由单齿盘测速探头升级为双齿盘测速探头，并增加PT信号源输入；增加导叶全关信号输入，作为机组爬行的判据之一[3]。

2.3 优化机组转速测控开出回路

机组转速<5%信号：取自CM-200装置开关量N1，作为机组停机转速判据。

机组转速<25%信号：取自CM-200装置开关量N2，作为机组停机流程中投入制动闸判据。

机组转速>95%信号：取自CM-200装置开关量N4，作为机组开机流程中励磁系统开机令判据。

机组转速>115%信号：第一路信号取自ZDZK-Ⅲ电气测速装置开关量J5(转速>115%)，串联接入J3(转速>90%)作为输出闭锁条件；第二路信号取自CM-200装置开关量N5(转速>115%)；两路信号并联接入3F机组监控系统机组转速大于115 %信号点，与主配拒动信号配合作为机组事故停机判据和一级过速水机事故停机的判据。

机组转速>140%信号：第一路信号取自ZDZK-Ⅲ电气测速装置开关量J6(转速>140%)，串联接入J4(转速>95%)作为输出闭锁条件；第二路信号取自CM-200装置开关量N6；两路信号并联接入3F机组监控系统机组转速大于140%信号点，作为机组二级过速判据和二级过速水机事故停机的判据。

优化与改造后的转速测控回路见图2。

图2 优化与改造后的转速测控回路

2.4 增加机组蠕动监测

将水轮机导叶位置输入CM200装置，可以更加及时准确地判断水轮机停机状态下的蠕动，并将机组蠕动信号和CM-200装置告警信号送至监控系统，方便运行人员监控机组运行状态。

3 结 语

机组转速的准确测量是发电机组安全稳定运行的重要保障之一，转速测控系统有两套不同原理的装置，即电气测速和机械测速，通过可靠的电气转速传感器和机械转速传感器，同时测量发电机机端电压频率和机械转速脉冲信号[4]，实现对发电机组转速的测量和控制。目前，柳坪水电站3F机组转速测控装置通过升级原齿盘测速装置为CM-200微机测速装置，优化了转速测控开出回路，现已完成升级改造，改造后解决了之前存在的齿盘测速装置和电气测速装置都是单信号源输入且输出信号没有闭锁逻辑容易造成误动和无爬行监测的问题。提高了柳坪3F机组转速测控装置整体可靠性，优化了监控系统对机组转速和状态监视的准确性[5]，降低了机组顺控流程误投入制动闸的风险，降低了机组电气一级过速和电气二级过速误动风险，增加了机组爬行监测功能，提高了机组运行安全性。

根据柳坪水电站3F机组转速测控回路的成功优化与改造的经验，计划推广应用到阿坝水电开发有限公司柳坪和雅都水电站其余五台机组，届时将提高阿坝水电开发有限公司机组运行的安全性和可靠性。