水电厂机组停机不成功原因分析及处理

水电厂机组停机不成功原因分析及处理
1缺陷描述
2018年01月15日中控室上位机执行3号机组停机过程中，上位机操作员站报警信息如下：
06:06:40 导叶全关J2动作；
06:11:41 转速未降到20%Ne，流程报警；
06:11:58 转速小于20%Ne动作；
06:12:11 制动无压或制动闸未顶起，流程报警；
06:13:11 转速未小于1%Ne，流程报警；
上述报警信息中，J2为导叶开度仪上的一个常开接点，被定义为当导叶开度小于5%时接点闭合；转速装置实时测量机组转速并可开出已定义的“转速小于20%Ne”和“转速小于1%Ne”信号。

其中，Ne为机组额定转速。

现地检查：机组转速为7.75Hz，风闸制动腔无压，复归腔有压，复归状态指示灯亮。

2缺陷初步分析
监控现地控制单元反应上述停机过程的流程图如图1所示，停机过程中机组在“导叶全关J2动作”之后随即对转速是否小于20%Ne进行判断，若超出300s后仍不满足，则会报出"转速未降到20%Ne，流程报警"，继续开出5s顶风闸指令。

电站风闸制动控制回路由“转速小于20%Ne”和顶风闸指令串接完成，超时报警发生时顶风闸指令存在5s期间内转速仍未降至20%Ne以下，故风闸未自动顶起，流程又继续报出“制动无压或制动闸未顶起，流程报警”以及“转速未小于1%Ne，流程报警”两个信号。

图1 机组空转至停机流程图(部分)
由上述分析可知，由于在300s定值内，机组转速未降至20%Ne以下，引发一系列流程报警信息。

报警信息中显示3号机组从“导叶全关J2动作”到“转速小于20%Ne动作”所用时间为318s，其它机组完成相同过程（最近一次停机）用时情况如下：1G用时182s，2G用时134s，4G用时165s，即3号机组相比其他机组明显存在用时偏多现象。

上位机历史数据查询，3号机组发生此缺陷前后最近几次停机过程计时情况如下：2018年01月01日22点停机过程中，t=156s；
2018年01月04日23点停机过程中，t=154s；
2018年01月06日23点停机过程中，t=197s；
2018年01月15日06点停机过程中，t=318s；
可以明显看出，自2018年01月15日06点执行3号机组停机开始，该机组停机过程中“导叶全关J2动作”到“机组转速小于20%Ne动作”所用时间明显增加。

3问题检查及处理思路
根据以上分析，参与流程计时用的信号有“导叶全关J2动作”和“机组转速小于20%Ne 动作”。

两信号分别由机组仪表柜内导叶开度仪DYK-1500和转速测量装置SPCT-6开出至监控系统。

3.1电气装置原因分析
（1）若机械液压执行部分正常，且导叶能关闭到位，但导叶开度仪的“导叶全关J2动作”信号提前报出，流程在导叶确实全关前开始计时，则转速下降耗时增加；
（2）若机组转速下降正常，但测速装置检测异常或开出异常使“机组转速小于20%Ne动作”信号迟报，导致计时增加；
3.2机械原因分析
（1）若控制导叶关闭的机电部分未能正确执行导叶关闭指令，在5%开度（J2动作，计时启动）至导叶全关阶段动作过于缓慢，流道过水持续时间增加，机组转速下降缓慢，将直接导致流程计时增加；
（2）导叶关闭指令执行完毕，导叶全关信号上送，但接力器尚有多于压紧行程的余量剩余，实际未全关，这也会导致机组流道内持续过水，机组转速下降缓慢，从而计时增加；
（3）导叶正常关闭且到位，但导叶立面间隙过大或气蚀情况严重，使机组停机过程中因持续漏水导致转速下降缓慢，计时增加。

以上原因均可导致计时增加，流程报警。

故应该检查并确认如拉绳式导叶传感器、转速装置用测速探头是否固定良好，接力器开度机械指示和电气指示是否有偏差以及关闭动作是否到位，导叶开度仪DYK-1500和转速测量装置SPCT-6测值是否准确，以及装置节点开出是否正常等内容。

4现场检查试验
4.1现场检查情况
接力器指针指示和电气仪表指示均为导叶在全关，紧急停机电磁阀可靠动作，锁锭可正常投退，剪断销报警装置未有报警且未发现弹簧连杆异常动作现象。

巡视检查主配压阀、分段关闭装置、主接力器、拉杆式导叶开度仪、拉绳式导叶位移传感器、测速装置探头固定完好且运行正常，需要进一步确认仪表柜内参与流程控制的测速装置SPCT-6和开度仪DYK-1500工作正常与否，同时在停机过程中严密观察导叶关闭机械液压执行部分有无异常，并通过适当机组空转试验进行缺陷状态的进一步捕捉分析。

4.2测速装置检查
（1）现场观察，3号机组执行停机流程，测速装置SPCT-6显示机组转速从50Hz至13Hz
为下降较快阶段，从13Hz至10Hz（20%Ne）下降极其缓慢，且转速下降过程中偶有测值小幅度跳变回升现象发生（约0.1Hz）。

通过拆除双路齿盘信号中任一路观察，情况没有明显变化（SPCT-6在45Hz以下以齿盘信号为主信号）。

为了彻底排查，对该转速装置进行了同型更换，参数设置同原机。

①更换前空转试验（拔出制动闸投入开出继电器）：
上位机开机至空转态，上位机停机；
2018-01-16 09:24:19.253 导叶全关J2动作；
2018-01-16 09:28:37.556 转速小于20%Ne动作，手动加闸；
②更换后空转试验（拔出制动闸投入开出继电器）：
上位机开机至空转态，上位机停机；
2018-01-16 10:15:00.697 导叶全关J2动作；
2018-01-16 10:20:17.681 转速小于20%Ne动作，手动加闸；
更换前导叶全关至转速小于20%Ne时间258s，更换后为317s；，流程超时现象未见明显改善。

（2）仪表柜内测速装置SPCT-6和调速器电气柜测速通道两者互相独立，开停机试验过程中分别有专人在调速器机械柜和仪表柜前读取频率计和测速装置测值，两者一致。

小结：经机组空转试验以及对测速值实时比对可知，3号机组测速装置测值准确，运行正常。

4.3导叶开度仪检查
（1）导叶开度仪共4个节点参与监控流程控制，J2<5%，J4<10%，J6>12，J8>95，其中，各点动作死区均为0.5%。

当时水头下的空转试验主要涉及到J2和J4两个点的动作与复归信号。

通过两个点动作的时间间隔（△t）可以从一定程度直观说明导叶关闭动作是否存在迟缓现象。

其中3号机组为空转试验所得，其余机组数据为上位机历史库查询。

① 3号机组
上位机开机至空转态，水头H=35.03，导叶开度10.9%；
上位机停机，t1：2018-01-16 17:08:02.990 导叶空载以下J4动作；
t2：2018-01-16 17:08:05.403 导叶全关J2动作；
△t=t2-t1≈3s
② 1号机组
空转态，水头H=35.11；
t1：2018-01-15 13:09:14.966 导叶空载以下J4动作；
t2：2018-01-15 13:09:17.743 导叶全关J2动作；
△t=t2-t1≈3s
③ 2号机组
空转态，水头H=34.61；
t1：2018-01-15 17:26:08.385 导叶空载以下J4动作；
t2：2018-01-15 17:26:11.476 导叶全关J2动作；
△t=t2-t1≈3s
④ 4号机组
空转态，水头H=34.79，导叶开度11.3%；
t1：2018-01-11 19:59:14.131 导叶空载以下J4动作；
t2：2018-01-11 19:59:16.848 导叶全关J2动作；
△t=t2-t1≈2s
（2）仪表柜内导叶开度仪和调速器导叶开度测量通道各自独立运行，上述开停机过程中分别有专人在调速器电气柜和仪表柜前比对两者实时测值，测值一致。

（3）空转停机试验过程中有机械段专人在水车室观察接力器动作情况，观察发现在得停机令导叶全关时和投入紧急停机电磁阀全关时，接力器行程相差3-4mm，同其他机组比对，属于正常偏差范围。

小结：经现场空转试验观察以及和调速系统开度反馈测量结果实时对比可知，3号机组导叶关闭时间正常，关闭动作正常，导叶开度仪测值准确，运行正常。

4.4空转试验
接下来通过机组空转试验检查导叶漏水情况。

（1）2018年01月15日下午17:00，首先进行停机过程中风闸制动投退试验：
①上位机开机至空转态，上位机停机（开机前拔出制动闸投入开出继电器）；
②5分29秒转速下降至20%Ne，超时（t>300s），手动顶起风闸；
③6分21秒转速下降至9%Ne（4.5Hz），手动落下风闸，机组转速出现缓慢上升现象，约3min时间内转速上升至6.8Hz，随后手动顶起风闸。

试验过程如图2所示，机组停机过程中存在手动投风闸使频率下降至5Hz后手动退风闸，转速反而存在上升现象。

该现象说明过水机构始终存在一定漏水，这也直接导致停机过程中机组转速在接近20%Ne时下降极其缓慢，从而一再导致超时报警现象。

图2 停机过程中手动退风闸转速曲线
（2）2018年01月15日下午17:10，进行机组停机态退风闸试验：
机组停机态，转轮静止，此时手动撤下风闸，观察数分钟后未见转轮转起，测速值显示一直为0。

以上两次试验说明，正常停机过程后，导叶全关后导叶之间有漏水，但漏水量不大。

因正常停机时紧急停机电磁阀是最后动作的，为检验紧停阀投入对漏水量的影响及漏水量与惰转速度的关系，2018年01月17日上午11:00，进行了机组空转-事故停机（动作紧急停机电磁阀）试验：
①上位机开机至空转态，3GLCU1盘柜处按下事故停机按钮：导叶全关2分30秒后机组转速下降至20%Ne，风闸自动顶起；
②上位机开机至空转态，上位机停机：导叶全关5分05秒后机组转速下降至20%Ne，超时（t>300s），风闸未自动顶起，手动加闸；2分30秒机组转速下降仅至25.2%Ne；
③上位机开机至空转态，上位机停机（开机前拔出制动闸投入继电器）：导叶全关5分04秒至20%Ne，超时（t>300s）；8分27秒后至8.96Hz（17.92%Ne），手动加闸；其中，9.65Hz至8.96Hz用时1min，此时转速下降缓慢，数据减小不明显。

过程如图*所示。

图3 停机过程中转速自然下降曲线
小结：机组由于导叶关闭不严导致的漏水量偏大使机组在停机过程中转速下降缓慢，同时也会加剧气蚀效应对转轮等导水机构的破坏性。

通过投入紧急停机阀后导叶各立面压紧，漏水量减小，计时缩短至正常范围。

5缺陷处理
水电站3号机组停机过程中，因导叶关闭不严使得导叶漏水量较之前稍大。

为有效防止机组停机时导叶关闭不严影响机组正常停机，根据上述分析及以往类似缺陷处理经验[2]，
对3号机组现地控制单元PLC流程按照如下方式优化：
（1）机组现地控制单元PLC“空转→停机”流程中，将“调速器紧停阀投入”及其判据部分，移动至“给调速器停机令”与“导叶全关”的判据之间；“调速器紧停阀投入”判据时间由60s修改为30s。

（2）机组现地控制单元PLC“空转→停机”流程中“转速大于20%（J2）复归”判据时间由300s 修改为200s；同时，流程中“导叶全关”和“转速大于20%（J2）复归”的判据间，增加一固定130s定时器，防止因转速测控装置故障而提前投入制动闸。

流程优化后进行多次开机至空转试验，3号机组运行稳定，停机流程执行再无此类异常。

流程修改后机组停机过程中转速下降曲线如图4所示，机组停机流程中“导叶全关J2动作”至“转速小于20%Ne动作”的计时稳定维持在135s左右，流程超时现象明显改善。

图4 流程修改后转速下降曲线
6总结
经过对优化后流程的测试及试验观察，3#机组运行稳定无异常。

虽然通过提前投入紧急停机阀很好地解决了机组转速下降缓慢的问题，但是3#机组突然出现的导叶关闭不严问题亟需在机组检修期间具备条件时进行深入专题研究，以探求从根本上解决问题的方法。