水力发电机组紧急事故停机负荷处理技术

吴能文 柴芙蓉

摘要：一系列科学精准的顺序调控流程是水电站水力发电机组顺利运作的关键性基础。基于此，本文进一步分析水电站紧急事故停机评判基础，详尽地说明紧急事故停机流程规划标准和实际紧急事故停机流程操作预案，详尽地说明紧急事故停机流程内功率处置手段上的差异点以及相同点，同时要求相关人员在机组紧急停机的情况下提供减负荷操作或者甩负荷操作。本文将以某地水电站为例，该水电站在多次出现电网故障之后引发机组甩负荷，由于机组转速超出115%一级过速而进行紧急事故停机。对此，本文将根据该水电站的实际状况，进一步分析其动作流程，探寻影响停机的各方面原因，并提供针对性的措施建议，希望能够给相同类型的事故提供有益的参考价值。

关键词：水力;发电机组;紧急事故;停机;负荷;处理技术

1引言

伴随我国水电行业地迅速发展，此时水力发电已经成为我国能源构成极为关键构成部分。水电站水力发电机组的顺利稳定运作情况不但会影响到机组本身的设施安全，同时还会影响到电网平稳以及电厂运行维护工作者的生命健康。值得注意的是，机组在运作期间，常常会因为设施自身隐患、设施老旧、设施非正常工况运作或者运行人员误操作等引发机组异常，从而出现一系列机组故障问题。为了防止产生重大水电站故障，采用针对性的安全技术方法，确保水力发电机组的顺利平稳运作，已经成为设计、建设及维护水电厂的重要一环。

在机组事故或者机组出现故障异常情况下，怎样防止事故更大范围扩散，保证机组在较短时期内移除事故点并停运到安全情况之下，已经成为各个水电设计所重视的焦点。在机组顺序调控过程中，紧急停机回路属于关键构成部分，已经成为机组出现事故时安全可靠停机的关键保障，机组紧急停机回路已经成为监督设计水电站期间的必要一环。当下我国国内各水电站在机组紧急事故停机流程处置上具有明显统一性，不过在流程内的机组负荷处置手段具有一定差异性。部分电厂采取直接甩负荷的手段予以处置，部分电站采取减负荷再解列的手段开始处置，本文将对其进行详细地阐述，希望能够给同行带来一定的参考价值。

2机组紧急停机流程触发基础、规范条件及处置方法

通常来说，水力机组紧急停机信号常常涵括诸多的内容，比如说机组二级电气过速讯息、机组机械过速讯息、机组紧急停机按钮活动、调速器紧急停机按钮活动、水淹厂房紧急停机讯息、迅速门下滑到事故方位等等。上文所提及的讯息活动都将会进一步触发机组紧急事故停机环节。根据我国水力发电厂自动化设计技术规范，当下已经对机组出现紧急事故停机时机组停机流程展开了阐述，比如说，如果机组出现过速等事故，那么紧急停机的环节就可以解释为转速上升到前一上限，同时调速器主配压阀拒动的过程中开启过速限制装置，倘若没有设置过速限制装置，那么就可以迅速关上快速事故闸门或者进水阀。如果转速上升到第二上限，那么就可以闭合迅速事故闸门或进水阀。在机组功率下降到将近为零的情况之下，通常会出现一系列跳闸问题、灭磁问题或者停机问题。

值得注意地是，我国水电厂在机组紧急事故停机期间，在处理负荷的过程中常常包括两种形式。机组在出现紧急事故停机之后，机组在同一时间内下发跳发电机出口断路器开关、调速器紧急停机等等指令。在上述环节之中，机组会在短时间内甩掉所带全部的负荷，而且在此时也会中止机组水源，在机组及电网断开，同时机组导叶闭合之后移出励磁系统，投入机械制动系统之后再进一步从油、气、水系统退出。除此之外，机组在出现紧急事故停机之后，机组率先下发调速器紧急停机、调速器事故停机及闭合进水口事故门指令。机组所带功率低于设定取值或者导叶闭合到空载方位之下，下发跳发电机出口断路器闭合指令。在上述环节之中，相关的操作人员要注意及时阻隔掉机组水源，等到机组功率下降到设定值的情况下，方可和电网进行断开处理。

3紧急事故停机期间负荷处理方式分析

机组紧急事故停机触发的基本条件就涵括人工干预、水淹厂房、闸门故障和机组过速等等。诱发上述问题的因素就主要划分成机组电气事故以及机组机械事故。一旦机组出现电气事故，那么电气故障就会在相当短的时间里给机组带来威胁，为避免事故进一步扩散，那么就要求将机组以及系统彼此解列开来，而且考虑到电气事故大多都会损害到逆变灭磁的投入基本条件，那么就要求跳发电机灭磁开关装置。在这个过程中，机组继电保护系统在短时间内活动，从而就能够将机组及系统的电气相互隔离开来，作为机组电气故障的后备系统，监控系统在这个时候也能够开启电气事故停机流程，同时在短时间内当作跳开机组出口断路器开关设施。如果机组甩负荷引发机组二级电气过速问题，那么机组紧急停机流程就会被渐渐开启。在这样的条件下，机组紧急停机流程采取后者流程，在较短的时间内阻隔机组水源，从而机组停下即可。

通常在机组出现机械事故的情况下，那么调速器故障就使得机组在短期内转速上升，在机组转速超出限定值的情况下，就会影响到机组紧急停机环节。上述现象一旦出现，那么机组不会产生不良电气事故，于是相关人员就不要求

机组和系统马上做到电气隔离，防止机组过速变成事故处置的重要矛盾。迅速阻隔机组水源就变成了机组紧急停机环节的重要操作活动，在这个时候就要求相关操作人员在第一时间内启动调速器紧急停机电磁阀及事故停机电磁阀，接着再闭合机组进水口闸门。事实上，机组有无和电网解列在很大程度上不会干扰到机组水源供应情况，所以如果机组负荷靠近零或者导叶处在空载方位之下，而接着再进一步执行跳发电机出口断路器活动，从而让机组和电网彼此切断，此时就不会使得事故进一步扩散。倘若机组紧急停机期间，其阻隔水源以及跳发电机出口断路器在同一时间开展，那么机组迅速甩负荷，此时就会给电网带来大功率突变撞击，在此期间还会使得机组自身过速或者进一步加剧过速程度，这一系列活动不但会影响到电网的顺利平稳运作，同时还会给机组招致一系列不良危害。

4工程案例

本工程中，某电站属于大（Ⅰ）型水力发电站，以水力发电作为主要目标，该水电站自2010年开始投入商业运作，官方要求其可允許运营周期是25年。同时，该水力发电站采取一管双机引水的主要方式，通过引水隧洞或者引水压力钢管，进一步由水库进行引水，在厂房前渐渐分叉到电站两个混流式水轮发电机组，每个水轮机发电机组都配备了专门的双重锤液控蝶阀装置。不仅如此，该电站装机容量大约为2×50MW，平均每年发电量大约是4.93×108kW·h。与此同时，电站电能通过两回115kV线路渐渐向外输出，而发电机、变压器采取单元接线，电站控制过程中，常常要应用计算机监控系统，同时依据“无人值班，少人值守”展开设计。

考虑到所在区域电网总容量相对很小，所以在暴雨气候之下常常会因为一系列雷击问题而引发不良电网故障问题。尤其是在近几年发展过程中，运作期间总是会产生电网故障引发机组甩负荷，如果机组转速小于115%一级过速报警，那么接着就出现紧急事故停机的异常状况。一般条件之下，机组甩负荷期间，机组通过短期过速，利用调速器在第一时间内开始调控，最终会稳固于发电机空载运作状态之下。而机组一级过速通常仅是作用到报警，一旦机组一级过速，那么调速器失灵就会导致主配压阀拒动，如此一来就需要进行紧急事故停机。如果每次甩负荷均将引发机组停机问题，那么这就不可避免地影响机组的平稳程度，严重时还会影响到恢复发电运行。

5水电站工程案例事故原因分析

依据对过往停机过程信号登记信息查询，电站由于电网故障引发机组甩负荷的时候，此时调速器就会在第一时间内进行回应，而导叶在既定时间内就会全部关上，信号反馈顺利。所以，相关人员要求对紧急事故停机流程展开必要的核查分析。在设计电站控制流程的过程中，由于调速器上送计算机监控的主配方位信号采取的是常闭接点信号，导叶停止或启动的情况下，主配方位信号联通在一块儿，导叶闭合期间主配方位信号阻隔。机组甩负荷的过程中，调速器调控导叶智能化闭合到全关，在这个时候主配方位上的信号阻断。如果机组导叶全部关闭，那么调速器主配压阀恢复到原来，主配方位信号联通。在导叶闭合期间，机组转速表现出最开始上升接着再降低的态势。在本次研究中，若机组转速超出115%，同时调速器主配方位闭合的状况下，机组紧急停机并关蝶阀流程就需要继续进行计时。如果5秒之后机组转速依然维持在超过115%的情况下，同时调速器主配方位信号依然处在闭合情况下，那么PLC就要继续开启紧急停机，同时要闭合蝶阀环节。再计时5.1秒之后，导叶依然处在全关方位，调速器主配方位信号处在闭合情况，机组转速仍然超过115%，在此时PLC开启了紧急停机，而且还闭合蝶阀的环节。值得注意的是，机组在甩负荷之后，调速器主配活动就会把导叶全部关闭，接着主配方位断开，此次因为机组负荷相对比较少，那么导叶开度就很低，只要求计时3秒之后，机组转速就渐渐降低到115%之下，所以机组控制流程没有开启紧急停机关蝶阀环节，而是正常把机组保持在空载情况下。

6解决措施分析

依据上述分析，机组甩负荷后开启紧急事故停机的关键性原因就在于，机组甩负荷的过程中，虽然导叶已经全部闭合，此时相关人员要确保机组转速低于115%的持续时长超出程序设定计时时长，机组PLC依然会开启机组紧急事故停机环节。为了处理好上述问题，此时可以采取两种解决方法，具体来说，首先，进一步提升计时设定的实际取值，尽可能地绕开机组超出115%转速的时间节点。其次，针对调控流程中有关转速超出115%的處理程序段，相关人员要增设一处条件，也就是利用导叶全关讯号对这一流程予以闭锁。不过如果采用前一种方法，比如增设计时设定取值，那么极易导致调速器主配压阀出现故障异常时，很难在第一时间回应启动紧急事故停机，如此一来，就提升机组的安全风险系数。值得注意的是，机组调速器主配方位复归的时候，导叶已经全部关闭，所以就需要选取导叶全关信号当作闭锁的基本条件。

7结束语

综上所述，在上述案例之中，相关人员通过对机组事故停机流程地进一步优化调整，同时通过反复地操作核查，该大型水力发电站有效地避免了由于电网故障甩负荷而引发的一系列停机等问题。如此一来就说明，相关人员在有关转速超出115%处理程序段之中，相应地增设导叶全关信号，在一定程度上可以对该流程予以闭锁，值得被进一步地推广应用。除此之外，综合机组紧急事故停机基本条件，紧急停机流程执行预案及其结果，这就不难看出，机组在紧急停机过程中务必要遵循既定的规范条例，遏制机组水源之后核查此时机组负荷，等到机组负荷低于设定取值的情况下，接着再进一步跳发电机出口断路器装置。考虑到现如今水力机组事故故障类型多元，比如说机械事故故障、电气事故故障、紧急事故故障都不可避免地会影响到此时机组的顺利运作，所以相关的流程设计人员务必要根据实际情况，全面地考量各个事故故障触发的普遍性条件，同时系统化地考虑各个不同控制流程对机组运作所带来的影响，于是就可以编制出一系列操作可行的控制流程方案，确保机组能够安全顺利运作。

参考文献

[1]彭德民，王明军，刘德龙，等.水力发电机组紧急事故停机负荷处理方案分析[J].水电站机电技术，2019（03）：19-20.

[2]唐红兵.水电站机组甩负荷停机原因分析及处理措施[J].中国设备工程，2019（21）：109-110.

[3]刘秋华.大中型水电站机组事故停机控制回路设计[J].水力发电，2015（08）：71-73.

作者简介：吴能文（1976-），男，汉族，四川仪陇县人大专，助理工程师，主要从事水电运行工作。

柴芙蓉（1983-），女，汉族，四川南部县人本科，助理工程师，主要从事水电运行工作。