軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)協(xié)聯(lián)關(guān)系的研究

軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)協(xié)聯(lián)關(guān)系的研究

1川中電網(wǎng)對(duì)調(diào)速器的控制和調(diào)節(jié)對(duì)于水電工程來說，混合流量發(fā)生器通常用于處理水井和流量，因?yàn)樵诳刂七^程中相對(duì)復(fù)雜，因此較少的部件旋轉(zhuǎn)槳式換熱器。隨著電力系統(tǒng)的擴(kuò)大和自動(dòng)化程度的提高,特別是四川電網(wǎng)與華中電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后,對(duì)調(diào)速器的控制和調(diào)節(jié)提出了更高的要求。龔嘴水力發(fā)電總廠管轄的龔嘴和銅街子兩座水電站的水輪機(jī)調(diào)速器改造后均采用PLC控制,龔站水輪機(jī)采用混流式機(jī)組,運(yùn)行情況穩(wěn)定;但銅街子水電站采用的是軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組,在調(diào)速器改造投運(yùn)初期經(jīng)常出現(xiàn)協(xié)聯(lián)關(guān)系破壞現(xiàn)象,導(dǎo)致機(jī)組蝸殼內(nèi)水流紊亂,引起頂蓋真空破壞閥動(dòng)作,頂蓋水位快速上漲,機(jī)組振動(dòng)和擺度加劇,軸瓦溫度升高,發(fā)電機(jī)定子定位螺栓松動(dòng),機(jī)架彈性支撐剪斷。2改造后，調(diào)速器連接邏輯的問題和分析2.1導(dǎo)葉開度開啟速度過快軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)組的槳葉動(dòng)作速度較導(dǎo)葉慢,為了提高槳葉的動(dòng)作速度,調(diào)速器協(xié)聯(lián)關(guān)系設(shè)定為槳葉開度給定值跟蹤導(dǎo)葉開度給定值,未跟蹤導(dǎo)葉實(shí)際開度值。在調(diào)速器投運(yùn)初期,銅街子水電站一臺(tái)機(jī)組有功負(fù)荷在由20MW調(diào)整到80MW過程中發(fā)生協(xié)聯(lián)破壞,有功負(fù)荷快速飆升,導(dǎo)致過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)時(shí)調(diào)速器工控機(jī)錄波圖形見圖1。調(diào)速器協(xié)聯(lián)關(guān)系設(shè)定為導(dǎo)葉開度給定值大于28%后槳葉開度從零開啟。錄波圖顯示,在本次負(fù)荷調(diào)節(jié)過程中,35s左右槳葉向開啟方向移動(dòng),說明導(dǎo)葉開度給定值在此之前已經(jīng)發(fā)生變化;從35s開始到80s時(shí)間內(nèi),導(dǎo)葉開度開啟速度相當(dāng)緩慢。由于槳葉開度給定值跟蹤導(dǎo)葉開度給定值,同時(shí)機(jī)組現(xiàn)地控制單元LCU與調(diào)速器之間共同構(gòu)成功率閉環(huán)調(diào)節(jié),當(dāng)機(jī)組功率增加較緩慢時(shí),LCU的增負(fù)荷脈沖不斷發(fā)送給調(diào)速器,使調(diào)速器導(dǎo)葉和槳葉開度給定值非常大,槳葉實(shí)際全開,導(dǎo)致槳葉與導(dǎo)葉實(shí)際開度之間的協(xié)聯(lián)關(guān)系完全破壞,70～115s之間機(jī)組發(fā)生調(diào)相運(yùn)行工況。120s后,由于導(dǎo)葉開度快速增加,槳葉、導(dǎo)葉之間的協(xié)聯(lián)恢復(fù),有功負(fù)荷快速飚升,造成過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作,機(jī)組甩負(fù)荷。事后查明,導(dǎo)葉開啟速度初期較慢、后期較快的原因系分段關(guān)閉裝置節(jié)流點(diǎn)調(diào)整值漂移所致。此次甩負(fù)荷暴露出調(diào)速器協(xié)聯(lián)關(guān)系設(shè)定中未考慮到因液壓系統(tǒng)等原因使導(dǎo)葉動(dòng)作速度比槳葉慢這種異常情況,僅設(shè)定槳葉開度給定值跟蹤導(dǎo)葉開度給定值,從而導(dǎo)致水輪機(jī)協(xié)聯(lián)關(guān)系嚴(yán)重破壞,機(jī)組甩負(fù)荷。2.2導(dǎo)葉開度傳感器卡阻,導(dǎo)致機(jī)組關(guān)閉改造后的調(diào)速器采用兩套獨(dú)立PLC裝置主備配置,導(dǎo)葉和槳葉分別采用A、B兩套獨(dú)立的開度傳感器進(jìn)行測(cè)量。正常情況下,主用PLC裝置采用“取大優(yōu)先”原則讀取導(dǎo)葉開度信號(hào)進(jìn)行控制,即主用PLC裝置不僅讀取對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉開度傳感器信號(hào),還采用通訊方式讀取備用PLC裝置的導(dǎo)葉開度傳感器信號(hào),并將兩套導(dǎo)葉開度傳感器信號(hào)進(jìn)行比較,取測(cè)值較大的信號(hào)作為運(yùn)算控制量,其目的是保證機(jī)組不過速、不過負(fù)荷。調(diào)速器改造后不久,銅街子水電站一臺(tái)機(jī)組在減負(fù)荷過程中發(fā)生1只導(dǎo)葉開度傳感器卡阻故障,但傳感器的輸出電流仍在4～20mA之間,調(diào)速器不能正確判斷仍按“取大優(yōu)先”進(jìn)行控制,從而使導(dǎo)葉開度快速關(guān)閉,協(xié)聯(lián)關(guān)系嚴(yán)重破壞,導(dǎo)致機(jī)組蝸殼內(nèi)水流紊亂,引起頂蓋真空破壞閥動(dòng)作,頂蓋水位快速上漲,機(jī)組振動(dòng)和擺度加劇,軸瓦溫度升高,發(fā)電機(jī)定子定位螺栓松動(dòng),機(jī)架彈性支撐剪斷。調(diào)速器對(duì)導(dǎo)葉開度測(cè)控采取“取大優(yōu)先”,在減負(fù)荷導(dǎo)葉關(guān)閉過程中,調(diào)速器計(jì)算出導(dǎo)葉給定值同時(shí)發(fā)出關(guān)導(dǎo)葉命令,若主用導(dǎo)葉傳感器發(fā)生卡阻,導(dǎo)葉實(shí)際會(huì)全關(guān)到零開度;而協(xié)聯(lián)關(guān)系中無論槳葉開度跟蹤導(dǎo)葉的開度給定值還是開度實(shí)際值,都會(huì)出現(xiàn)槳葉實(shí)際開度與導(dǎo)葉實(shí)際開度不協(xié)聯(lián)而發(fā)生協(xié)聯(lián)關(guān)系破壞。2.3葉開度定額與槳葉空間開度不匹配>15%時(shí)槳葉切機(jī)手動(dòng)不合理調(diào)速器協(xié)聯(lián)關(guān)系設(shè)定為槳葉開度給定值跟蹤導(dǎo)葉開度給定值而未跟蹤導(dǎo)葉實(shí)際開度值,經(jīng)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn),在幅度較大的負(fù)荷調(diào)整過程中,由于槳葉動(dòng)作速度較導(dǎo)葉慢,經(jīng)常出現(xiàn)槳葉給定值與槳葉實(shí)際開度值偏差ΔY>15%、槳葉切機(jī)手動(dòng)控制現(xiàn)象,導(dǎo)致協(xié)聯(lián)關(guān)系破壞。3導(dǎo)葉開度控制策略針對(duì)銅街子水電站調(diào)速器改造后在協(xié)聯(lián)關(guān)系方面出現(xiàn)的問題,根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),采取了以下改進(jìn)措施。3.1調(diào)速器PLC程序中對(duì)協(xié)聯(lián)關(guān)系設(shè)定進(jìn)行改進(jìn)當(dāng)導(dǎo)葉給定值與導(dǎo)葉實(shí)際開度值偏差ΔY>3%,協(xié)聯(lián)關(guān)系跟蹤導(dǎo)葉行程實(shí)際值;當(dāng)ΔY<3%,協(xié)聯(lián)關(guān)系跟蹤導(dǎo)葉給定值。這樣改進(jìn)既可以滿足提高調(diào)節(jié)速度的要求,又可以解決導(dǎo)葉給定值與導(dǎo)葉實(shí)際開度值出現(xiàn)偏差時(shí)發(fā)生協(xié)聯(lián)關(guān)系破壞的問題。3.2調(diào)速器PLC程序中對(duì)槳葉切機(jī)手動(dòng)邏輯進(jìn)行改進(jìn)(1)負(fù)載狀態(tài)下,當(dāng)槳葉給定值與槳葉實(shí)際開度值偏差ΔY>5%,閉鎖導(dǎo)葉開啟方向輸出;當(dāng)ΔY>15%,槳葉不切機(jī)手動(dòng),僅發(fā)出“協(xié)聯(lián)關(guān)系破壞”告警信號(hào),上送機(jī)組LCU;(2)增加槳葉的雙套冗余功能:當(dāng)兩套槳葉開度反饋偏差大于3%時(shí),延時(shí)0.5s報(bào)警,槳葉切機(jī)手動(dòng)運(yùn)行。3.3增加第三只即C套導(dǎo)葉傳感器,導(dǎo)葉采用“3取2”測(cè)控模式,以提高調(diào)速器對(duì)導(dǎo)葉傳感器故障的判斷能力調(diào)速器PLC程序修改如下:(1)告警信號(hào)修改:A、B套導(dǎo)葉傳感器斷線均報(bào)“導(dǎo)葉反饋故障,行程超差”信號(hào),C套導(dǎo)葉傳感器斷線報(bào)“水頭反饋故障,行程超差”信號(hào)(注:C套導(dǎo)葉傳感器信號(hào)經(jīng)未使用的水頭測(cè)量硬件通道);A、B、C套導(dǎo)葉傳感器卡阻報(bào)“行程超差”信號(hào);(2)導(dǎo)葉開度測(cè)量邏輯改進(jìn):①正常情況時(shí),采用A、B套傳感器采樣值中接近C套的傳感器采樣值作為導(dǎo)葉開度;②A套或A、C套傳感器斷線及A套傳感器卡阻時(shí),采用B套傳感器采樣值作為導(dǎo)葉開度;③B套或B、C套傳感器斷線及B套傳感器卡阻時(shí),采用A套傳感器采樣值作為導(dǎo)葉開度;④C套傳感器斷線,采用A、B套傳感器采樣值中較大的采樣值作為導(dǎo)葉開度;⑤其它情況的傳感器卡阻,均采用A、B套傳感器采樣值中接近C套的傳感器采樣值作為導(dǎo)葉開度。(3)導(dǎo)葉開度控制邏輯改進(jìn):①單套(A或B或C)導(dǎo)葉傳感器斷線或卡阻時(shí),導(dǎo)葉能開能關(guān),不影響運(yùn)行;②A、C或B、C同時(shí)斷線或卡阻時(shí),導(dǎo)葉只關(guān)不開;③A、B同時(shí)卡阻時(shí),導(dǎo)葉只關(guān)不開;④A、B傳感器同時(shí)斷線,導(dǎo)葉切機(jī)手動(dòng)。4協(xié)聯(lián)關(guān)系破壞現(xiàn)象及解決措施銅街子水電站機(jī)組調(diào)速器采取改進(jìn)措施后,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,未再發(fā)生協(xié)聯(lián)關(guān)系破壞現(xiàn)象。由于軸流轉(zhuǎn)槳式水