抽水蓄能电站推力外循环系统故障分析

宋 涛

(江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司,江苏溧阳 213334)

0 引言

某抽水蓄能电站安装6台单机容量为250MW的可逆式发电电动机组,总装机容量1500MW。电站以500kV一级电压、两回出线接入电网,单回线路长约37.5km。电站承担电网调峰、填谷、事故备用、调频、调相等任务。自投产以来,机组运行安全稳定,启动成功率、等效可用系数、综合转换效率等各项指标良好。电站正常情况运行方式为一抽两发,在迎峰度夏期间为顶早晚高峰,运行方式最大达到了两抽三发。机组启停频繁,运行时间长,推力外循环系统的稳定运行对于机组可靠性指标十分重要。

1 推力外循环系统

1.1 推力外循环系统组成

抽水蓄能电站推力外循环冷却系统一般采用强迫外循环水冷的方式,由两台循环油泵、油过滤器、两台冷却器、管路及自动化元件等组成。由循环油泵和管路系统以及水冷却器实现强迫油循环水冷却,冷却后的润滑油送入油槽对轴承进行冷却和润滑。推力外循环系统推力轴承外循环路径为(以油泵为起止点):油泵-压力开关-油过滤器-水冷却器-油槽-推力轴承-油泵,见图1。

图1 推力外循环机械部分系统图

图2 推力外循环油泵二次控制图

图3 推力外循环油泵接线图

2.2 推力外循环系统运行方式

推力外循环两台油泵控制方式有“自动”、“手动”和“切除”三种,正常情况下两台油泵控制方式切至“自动”位置,并且一台主用一台备用,主备用油泵可自动切换,切换周期为1次。自动方式下,循环油泵接受机组辅助控制柜的启动和停止命令。油泵的启动方式采用变频启动,此方式下启动过程中不会产生冲击力拒,能够使电机平滑启动。

2.3 推力外循环控制逻辑

机组从停机态向停机热备流程执行过程中,机组现地监控柜开出“机组启动信号”送至机组辅助控制柜。辅助控制柜PLC内部程序判断:(1)油泵具备启动条件。(2)油泵控制方式在“自动”,判断成功后,推力外循环启动柜收到来自机组辅助控制柜的油泵启动命令,并且无油泵停止命令,变频装置启动运行,启动成功后,变频装置将循环油泵启动信号反馈至机组辅助控制柜和监控。

油泵启动条件具备需同时满足以下三个条件:(1)变频装置没有热过载故障。(2)变频装置没有报警信号。(3)电源监视继电器没有动作。

2.4 推力外循环油泵压力低停泵逻辑

推力外循环油泵出口安装有压力开关,用来监视油泵出口压力并参与油泵控制,当油管路压力低于0.6MPa时,压力开关动作,并将“压力低”信号送至机组辅助控制柜PLC。推力外循环系统正常运行方式下(两台循环油泵控制方式在自动位置且具备启动条件),机组辅助控制柜收到“机组启动”信号后,开出“推力外循环主用泵启动”命令,推力外循环主用泵启动且无压力低信号,机组辅助控制柜再开出“推力外循环备用泵停止”命令,闭锁备用泵启动。当主用泵运行过程中,压力开关动作,机组辅助控制柜PLC收到“压力低信号”后,延时5s,开出“推力外循环主用泵停止”命令,同时开出“推力外循环备用泵启动”命令,主用泵停止运行,备用泵启动。

3 推力外循环系统故障及原因分析

工作中一台机组运行过程中上位机收到推力外循环2号泵运行复归信号,1号泵未启动,机组延时停机,上位机监控报文见表1,机组停机启动源见表2。

表1 故障发生时的报文

表2 机组停机启动源

根据表1、表2可见上位机报“3号机组推力外循环2号泵启动复归”,40s后3号机组停机,因此判断推力外循环1号及2号泵未运行是机组延时停机的直接原因。油泵出口压力曲线如图4所示。

图4 故障发生时推力外循环油泵出口压力曲线

从图4中可以看出,3号机组推力外循环2号油泵自00:45开机运行至02:30,油泵出口压力并未出现明显下降情况(2.7MPa),初步怀疑推力外循环2号泵并未停止运行。后经现场验证,当上位机收到推力外循环2号泵运行复归信号时该泵实际仍在运行,而推力外循环1号泵(备用泵)因不满足“油泵出口压力低于0.6MPa”这一条件而未启动。后续观察发现推力外循环2号泵的变频装置转速在700～900r/min之间波动,造成油泵启动信号复归,实际油泵未停止运行。通过进一步检查发现变频装置转速达到900r/min时开出“油泵启动”,转速下降至850r/min以下开出“油泵启动复归”信号。由此可以判断故障点为2号油泵变频装置内部故障。

4 处理措施及后续运行情况

故障出现立即到现场检查确认推力外循环1号和2号油泵能否正常启动,同时监视机组正常停机到稳态,并将3号机组优先权置最后作为备用机组。手动启动推力外循环1号和2号油泵正常,将推力外循环油泵优先权强制置“1号泵主用”,将2号泵作为备用泵,确保机组可用。经更换变频装置推力外循环系统运行恢复正常,后续更改完善PLC逻辑程序,并将变频装置故障信号、油泵启动失败信号及油泵出口压力低信号远传至上位机,便于监视设备运行状态和快速判断故障范围。

5 改进措施

5.1 完善推力外循环油泵启停逻辑

推力外循环系统PLC逻辑优化情况如下:(1)辅助控制柜开出油泵启动令,延时20s未收到主用泵运行信号(正常启动成功时间为18s),则开出“主用泵启动失败信号”,启动备用泵。(2)主用泵在运行过程中,PLC收到“油泵出口压力低信号”,延时5s后开出“油泵出口压力低报警信号”,启动备用泵。(3)主用泵运行过程中,主用泵运行信号丢失,立即启动备用泵,收到备用泵启动成功信号后,延时停主用泵。

5.2 完善监控系统数据信息采集

对抽水蓄能电站辅助设备和公用设备本体上的报警信息进行梳理,将一些关键设备的报警信息送至监控,以便中控室监盘人员及时发现报警,及时采取措施避免机组在运行过程中发生解列等异常情况。

5.3 避免机组带风险运行

机组在启动过程中报油泵故障或压力低停泵启动备用泵运行时,若全厂有备用机组可用的情况下,可在机组并网前将该机组停机,启动备用机组满足负荷计划的要求,避免推力外循环系统或其它系统单泵运行增加机组运行的风险。

5.3 严格执行设备传动及试运转管理制度

机组检修工作完成后,对机组具备冗余配置的设备进行主备用切换试验,确保各主用设备故障时,备用设备能在规定延时内自动启动成功,避免机组运行过程中,主用设备故障或异常停止,备用设备未启动造成机组解列的情况发生。

6 结语

抽水蓄能电站承担电网调峰填谷和紧急备用以及消纳新能源、区外来电的重要任务,机组启停频繁,运行时间长,对机组辅助系统设备提出了更高要求,因此我们需要加强对辅助系统设备的日常巡视及状态分析,举一反三,由点到面加强设备的状态管理,提高设备健康水平,保障电站长周期安全稳定运行。