某水电机组机械制动自动控制系统改进措施

某水电机组机械制动自动控制系统改进措施
刘彦舟
【摘要】某水电机组机械制动自动控制系统故障频发,可用率低.文章分析自动控制系统存在问题以及导致问题的主要因素,并针对具体问题提出了改进措施.
【期刊名称】《青海电力》
【年(卷),期】2016(035)004
【总页数】4页(P28-31)
【关键词】水轮机组;制动闸;自动控制;改进措施
【作者】刘彦舟
【作者单位】黄河水电公司公伯峡发电分公司,青海海东810902
【正文语种】中文
【中图分类】TM571.1;TM726
以压缩空气作为能源的水轮机组机械制动系统，对减少水轮机组停机时间和机组轴承磨损有着显著作用，在大中型水轮机组中有着广泛应用。

提高系统自动控制水平是水轮机组自动控制中的重要环节，机械制动自动控制系统不仅影响到水轮发电机组生产过程自动化水平，而且关系到水轮发电机组的安全运行。

某水电机组采用工作压力为0.7 MPa单活塞上下双腔气复位结构的机械制动闸。

机械制动自动控制系统在机组停机过程中，以机组转速为主要依据控制制动闸依次完成制动闸上腔排压→下腔充压→下腔排压和上腔充压等步骤。

前2个步骤为制动闸投入操作，后一个步骤为制动闸复归操作。

机械制动自动控制系统结构如图1
所示。

在近1年运行中该系统故障频发，不仅增加了运行人员开停机操作工作量，同时也影响了机组自动化水平。

系统运行中存在以下问题：
1)机组停机过程中制动闸拒动；
2)制动闸自动复归时，上下腔气压维持一恒定值，无法复归到位；
3)故障或试验条件下，多次发生制动闸上下腔同时存在工作气压、电磁阀失灵、DK充压控制线圈长时间励磁烧毁等问题；
4)系统功能不完善，无法有效监测和制止机组蠕动现象。

3.1 机组停机过程中制动闸拒动作
1)残压测速装置15%Ne下越限接点拒动。

如图2所示，在自动控制系统中，为增强系统可靠性，使用齿盘测速和残压测速2套电气型转速信号装置的输出接点，分别作为机组制动自动控制程序是否发出控制指令的判断条件以及电磁阀控制回路的闭锁条件。

但制动闸拒投在很多情况下是制动自动投入过程中残压测速装置的15%Ne下越限接点拒动，造成1DK充压控制线圈控制回路闭锁。

而残压测速装置接点拒动：一是由于装置技术水平和残压测速原理本身对机组低转速区间测量的低可靠性；二是由于2套装置制动投入转速定值配置均为15%Ne下越限，如果在同一时刻残压测速装置测得的机组转速高于齿盘测速，残压测速装置转速接点的拒动则是必然的。

2)停机继电器复归。

水电机组因导水叶全关时漏水量较大，机组由停机开始至满足制动投入转速时间较长，一般超过900 s。

如图3所示，机组计算机监控系统控制程序对“停机超时”故障的定义是自停机继电器动作起900 s内因停机流程执行完毕而复归，如果机组停机中出现“停机超时”，4 s后停机继电器复归，复归后控制程序无法满足发出制动闸上腔排压、下腔充压以及下腔排压和上腔充压控制命令的条件，也就是说如果自停机开始900 s内机组转速未下降至执行制动闸投入
或复归所需相应转速，将导致制动闸拒动。

3.2 制动闸复归控制流程存在问题
造成制动闸复归不到位是部分制动闸上下腔存在串气现象，上下腔压力维持平衡时，制动闸无法复归到位。

上下腔压差会降低盘根密封效果，如果制动闸密封稍差，便会出现上下腔串气现象。

3.3 机组计算机监控系统控制程序逻辑不严谨
1)由图3制动闸投入控制程序可以看出，制动闸下腔充压控制程序，未对制动闸
上腔未排压进行控制闭锁，且未对下腔充压指令持续时间做限制。

机械制动系统如果在制动闸上腔未排压时收到下腔充压指令，会造成制动闸上下腔同时带工作气压，制动闸无法动作。

故障或试验条件下，机械制动系统如果长时间收到制动闸下腔充压指令，会造成1DK电磁阀充压控制线圈长时间励磁，从而导致1DK充压控制线圈烧毁。

2)由图3制动闸投入控制程序可以看出，制动闸上腔排压控制程序，未对制动闸
上腔充压控制指令进行控制闭锁。

故障或试验条件下，机械制动系统如果同时收到制动闸上腔充压和排压指令，会造成2DK电磁阀充压和排压控制线圈同时励磁，
从而导致2DK电磁阀失灵。

3)由图3制动闸复归控制程序可以看出，制动闸下腔排压和上腔充压控制程序，
未对制动闸下腔充压和上腔排压控制指令进行控制闭锁。

故障或试验条件下，机械制动系统如果同时收到制动闸下腔充压和排压指令，或同时收到制动闸上腔充压和排压指令，会造成1DK、2DK电磁阀充压和排压控制线圈同时励磁，从而导致
1DK和2DK电磁阀部分或全部失灵。

3.4 机组计算机监控系统控制程序设计缺陷
无法有效监测和制止机组蠕动是由于计算机监控系统控制程序设计缺陷所致，程序设计时未考虑机组蠕动问题。

1)更换可靠性高的残压测速装置并调整其定值设置。

将串接于1DK电磁阀充压控制线圈回路中的接点定值设置为17%Ne下越限动作，使残压测速接点先于齿盘测速接点动作，从而解除1DK充压控制线圈控制回路闭锁，同时又能有效防止机组计算机监控系统误发制动闸投入指令时制动闸误动。

2)延长停机流程执行时间限制。

将停机流程执行时间限制调整为1 200 s，以保证停机继电器不会因“停机超时”而复归。

3)改进制动闸复归控制流程，实现对1DK排压控制线圈和2DK充压控制线圈分时控制。

因为机组计算机监控系统备用开出控制点不足，无法从控制程序上实施该措施。

所以，采用控制程序和控制回路相结合的改进方法：将整定值为低于0.1 MPa动作的压力开关1YX常开接点串接于2DK电磁阀充气控制线圈的控制回路中，同时将控制程序中制动闸下腔排压/上腔充压命令开出持续时间由10 s调整为20 s，保证开出信号能够持续到压力开关1YX动作，继而使2DK充压控制线圈励磁。

改进后机械制动自动控制系统控制回路如图4所示。

4)在制动闸下腔充压控制程序中添加对制动闸上腔带压情况的控制闭锁。

将机组计算机监控系统中整定值为低于0.1 MPa动作的压力开关3YX常开接点信号加入制动闸下腔充压控制程序中。

5)在控制程序中添加上下腔同时充排压的控制闭锁。

将制动闸上腔充压命令开出闭接点加入上腔排压控制程序中，同时将制动闸上腔排压和制动闸下腔充压命令开出闭接点加入制动闸下腔排压/上腔充压控制程序中。

6)在控制程序中增加制动闸下腔充压控制命令时间限制。

增加计时器T7，设置其动作时间为10 s。

7)增加机组蠕动监测和控制功能。

整定齿盘测速装置2%Ne上越限转速接点，以机组计算机监控系统同时检测机组2%Ne上越限转速信号、接力器锁定已投入信号、导叶全关信号以及机组出口断路器已分闸信号，作为判断机组蠕动的条件，并
加入制动闸投入控制程序中，用以检测机组蠕动时可投入制动闸进行制动。

考虑到加入该功能可能对开机操作造成干扰，另在机组蠕动监测和控制程序中加入开机继电器闭接点，使机组计算机监控系统在收到开机指令后闭锁蠕动监测和控制。

同时为确保该功能可靠性，在机组计算机监控系统中还设置了手动投入或退出软按钮。

改进后机械制动自动控制系统控制程序如图5所示。

自2016年4月实施以上改进措施以来，该水电机组机械制动自动控制系统再未出现上述故障或问题，新增加的机组蠕动监测与控制功能运行正常，动作可靠。

在平均月可用率统计数据中，自动控制系统可用率水平由不到20%提高至100%。

〔1〕杨存勇，柴世强，余齐齐.发电机风闸不能正常复位的原因分析及讨论〔J〕.
水电站机电技术，2015，38(6)：57-59.
〔2〕王彬，敖兴波.水轮发电机组制动闸防误闭锁分析及改造〔J〕.云南水力发电，2010，26(2)：98-100.
〔3〕纪文玉.水电厂机组风闸制动系统改造〔J〕.广西电力，2012，35(4)：51-53.
〔4〕石磊箭.水轮发电机制动系统故障及消除措施探讨〔J〕.机电信息，2014(3)：34-35.。