一起发电机模拟电气事故停机导叶未全关事件分析

解志 罗天贵 吴廷野 何学艳 徐晓伟

摘要：机组模拟电气事故停机是检验机组停机流程、调速器、励磁装置、继电保护及管路等的设计、制造和安装质量最重要的试验项目之一，是水轮发电机投入商业运行前的一项重要试验。本文深入剖析一起发电机模拟电气事故停机导叶未全关事件分析，找到事件的原因，并提出后期避免类似事件相应的处理办法，供后期同类型水电组甩负荷时参考。

关键词：电气事故;导叶;事件分析

Abstract：Unit simulated electrical accident shutdown is one of the most important test items to test the design， manufacturing and installation quality of unit shutdown process， governor， excitation device， relay protection and pipeline. It is also an important test before hydro generator is put into commercial operation. This paper deeply analyzes an event that the guide vane is not fully closed during the simulated electrical accident shutdown of the generator， finds out the cause of the event， and puts forward the corresponding treatment methods to avoid similar events in the later stage， which can be used as a reference for the load rejection of the same type of hydropower unit in the later stage.

Keywords：Electrical accident;Guide vane;Event analysis

引言

某巨型水電站安装12台850MW水轮发电机机组，电站装机容量10200MW，是国家“西电东送”的骨干电源点，左右岸各安装6台水轮发电机组。右岸机组额定转速为93.75r/min，机组上游设置快速闸门，快速闭门时间3.5min，分别在中控室模拟返回屏、快速闸门现地控制柜和水轮机后备保护柜设置快速闸门闭门按钮。机组设置三级过速保护，电气一级过速定值为转速大于115%额定转速，电气二级过速定值为转速大于148%额定转速，机械过速定值为转速大于155%额定转速，其中电气一级过速动作&2个以上的剪断销剪断则延时2S落快速闸门，电气二级过速和机械过速动作延时1S落快速闸门。机组设置有电气事故保护（MARK0）、一类机械事故（MARK1）和二类机械事故（MARK2）保护。其中发电机及主变电气主保护动作后启动紧急停机流程，一类机械事故和二类机械事故动作后启动快速停机流程。紧急停机流程：解列——停调速器——投机械制动——投锁定、停水导外循环系统——投蠕动探测——停高压油系统——液压系统，辅助设备等——机组技术供水系统运行。快速停机流程：动作紧急停机电磁阀——解列——停励磁——停调速器——投机械制动——投锁定、停水导外循环系统——投蠕动探测——停高压油系统——液压系统，辅助设备——机组技术供水系统运行。同时快速停机流程第一步（动作紧急停机电磁阀）超时（26S）&导叶空载开度以上&导叶不在关位&转速大于115%额定转速或者紧急停机流程第二步（停调速器）超时（26S）&导叶空载开度以上&导叶不在关位将动作调速器事故配压阀。

模拟电气事故停机是水轮发电机投入商业运行前一项重要实验，是验证水轮发电机组保护及停机流程可靠性的重要方法。某大型水电站7#水轮发电机组满负荷运行时模拟发电机电气事故停机时导叶未快速回关导致机组过速运行超过7分钟。机组停机后检查发现，由于机组高转速持续运行约七分半，对发电机内部详细检查后发现发电机转子磁极上段17个磁极拉杆绝缘垫块松动，下段2个磁极拉杆绝缘垫块松动，转子大轴引线一处软连接出现断股。本文就事件现象、原因、处理过程及影响进行分析，提出相应的建议。

1事件经过及现象

XXXX年X月XX日00：04分7F机组满负荷运行，导叶开度93%，00：04：24调试人员模拟发电机差动保护动作，00：04：24至00：04：27监控报出如下信息：机组紧急停机流程启动动作、7F机组出口开关207分闸动作、直流灭磁开关S101分闸动作[1]、7F调速器停机电磁阀投入动作、7F调速器主配压阀不在关位动作、04：27 7F机组转速>115%动作、7F事故配压阀投入动作。

发电机差动保护动作后紧急停机电磁阀[2]投入并在3S内调速器导叶开度由93%快速下降至63%随后导叶回关速度降低，00：05时导叶开度回关至45%左右后回关速度进一步变慢，最终导叶开度维持在41%左右保持不变。在此过程中机组最大转速146.95%Ne，紧接着由于导叶开度维持在41%左右，机组转速保持在137%左右，如图1所示。

2事件原因分析、改进措施及建议

2.1事件原因分析

按照设计发电机差动保护动作后将启动紧急停机流程并将导叶按照设计的分段关闭规律快速回关，不应动作事故配压阀，并且若事故配压阀动作后导叶应快速关闭，从而防止机组长时间过速运行。调速器事故配压阀满足如下条件之一将动作：快速停机流程第一步动作时间>26s&导叶空载开度以上&导叶不在全关位置;紧急停机流程第二步动作时间>26s&导叶空载开度以上&导叶不在全关位置电气一级过速;紧急停机或快速停机流程启动&导叶空载开度以上&导叶不在全关位置&主配不在关位&电气一级过速。

按照涉及计算机监控系统事故配压阀自启动流程的程序如下：紧急停机或快速停机流程启动&导叶空载开度以上&导叶未在全关位置&主配不在关位&电气一级过速。但在检查事故配压阀自启动流程的程序时发现7F事故配压阀自启动流程的程序里未写入“主配不在关位”这一条件，从而导致紧急停机过程中电气一级过速时事故配压阀就立即动作并联动全关导叶，但实际导叶开度从93%左右关至41%左右后保持不变。

由于导叶开度保持在41%左右不变，机組转速过高，防止事件进一步扩大，00：08：37调试人员采用按下水轮机后备保护柜上紧急停机按钮来启动水机流程并下发停机流程去动作调速器关闭导叶，按下水轮机后备保护柜紧急停机按钮后监控二类机械事故停机标志动作，但由于其启动快速停机流程的优先级低于电气事故启动的紧急停机流程，所以监控并未启动快速停机流程，仅水机启动了事故停机流程（停机流程启动优先级：MARK0>MARK1>MARK2）。监控仍旧执行紧急停机流程第二步超时480s时快速闸门才会自动落快速闸门，即00：10：24时才会落门。

为了使机组尽快停下来，00：09：49调试人员按下水轮机后备保护柜上的快速闸门闭门按钮，00：10：21 MARK0（快速闭门动作+快速闸门开度<80%）动作，由于其优先级高于电气事故启动的紧急停机流程，因此快速停机流程启动，紧急停机流程复归。当流程执行至第四步时由于调速器导叶无法回关且机组转速也未降至20%以下，因此00：18：52快速停机流程第四步（停调速器）超时退出。

在接下来进一步检查处理中发现机组调速器事故配压阀油源阀本体在全关位，但监控显示为全开位，导致事故配压阀动作后但其压力油源中断导致导叶无法继续回关。00：14左右调试人员将事故配压阀油源阀开启，事故配压阀压力油源正常，导叶开始回关至00：14：21导叶全关。事故配压阀油源阀全关原因是事故配压阀油源阀阀体存在内漏，安装时对油源阀进行整体更换，但更换后阀门位置监测传感器与阀门操作机构不匹配，因此未将位置传感器回装，因此并未将阀门位置实际状态信号上送监控系统，调试人员为了满足调速器开机要求在监控上将事故配压阀油源阀状态强制为全开。

由于调试人员按下快速闭门按钮后水机后备保护PLC在执行事故停机流程，当机组转速下降至20%以下时水机后备保护PLC开出投入机械制动命令，水机流程结束并将机组停下来。机组停机后调试人员手动单步将水导系统、高压油系统、制动粉尘吸收装置、油雾吸收装置、滑环碳粉吸收装置停运，退出制动风闸和投入蠕动探测装置。

2.2事件改进措施

该起事件后进行以下改进措施：一是检查所有机组事故配压阀的自启动程序，并进行全面验证;二是逐一检查调速系统主供油阀的位置反馈信号是否与阀门本体一致;三是增加一路触发快速门快速落门的出口回路，具体逻辑如下：停调速器运行时间超过35秒&导叶空载开度以下取非&导叶全关取非&转速大于115%额定转速。采取以上措施后，后续的模拟保护及后期运行中再未出现类似事件，取得了较好的效果。

2.3建议

该起事件主要是监控系统事故配压阀自启动流程程序不完善和调速器事故配压阀油源阀未打开所致，建议机组接管初期及检修后调试人员要对设备状态和保护程序全面检查核对，检查过程中要两人配合并做好记录，严格执行操作监护制，特别是调速器等重要的辅助设备。试验前要对监控系统上强制的数据点全面核实，解锁不必要的强制点，防止数据点误强制，做好事故预想和应急预案，必要时应进行应急演练。

在试验过程中不能过度依赖于设备自身的保护程序，要加强监视，熟悉监控系统流程图，掌握设备动作逻辑，加强流程运行状态的监视，及时判断和发现事故过程中设备异常动作状态及后果，做好手动干预的准备。比如遇到快速停机过程中若水机流程并未启动，停机流程超时后落门并退出流程等情况时，应及时投入高压油系统，并手动投入机械制动风闸辅助机组尽快停机，防止机组长时间在低转速区转动损伤轴瓦，加强监视主轴密封和顶盖排水的运行状态，对各转动部位和锥管进人门等详细检查。事件处理告一段落后要及时检查设备状态，将异常设备状态及时调整至正常备用状态。如该事件过程中由于监控停机流程退出，仅水机流程正常动作完毕，因此大部分辅助设备无法自恢复到机组正常备用时的状态，需人为操作。

3结语

本文详细分析了一起发电机模拟电气事故停机导叶未全关导致机组过速运行事件的过程、原因及处理过程，能为水电站机组处理和避免类似问题提供参考和借鉴。调速系统对水轮发电机的正常运行至关重要，电站运维人员必须保证调速系统的安全可靠才能确保机组的安全稳定运行。

参考文献

[1]林祖建.混流式机组甩负荷异常问题的分析及处理.福建水力水电，（2018）01-008-01

[2]黄菊珠.山美水电站机组甩负荷事件分析.广西水力水电，（2020）04-0087-03

作者简介：解志（1991-），男，汉族，云南宣威人，工程师，从事水电站运行管理工作。