抽水調相時主壓水閥位置信號抖動分析及處理

亓祥飛，馬依文

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200）

1 引言

華東桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內，電站接入華東電網。電站裝設4臺300 MW的可逆式水泵水輪機，總裝機容量為1 200 MW，年平均發電量21億kW·h，年抽水電量28億kW·h。機組主要有發電、發電調相、抽水、抽水調相等4種運行工況，在華東電網區域擔任調峰、填谷、調頻、調相和緊急事故備用等任務。

桐柏電站機組在正常情況下，是由機組開?？刂瞥绦蛐盘柾ㄟ^控制主壓水閥的啟閉，抽水調相工況（SCP）啟動過程中，機組轉速＞10%Nr時，主壓水閥打開15 s壓水，若此時尾水水位還未達到停止壓水高程，間隔1 s后主壓水閥再次打開壓水，直到壓水至尾水管水位低于停止壓水高程后自動關閉。因此主壓水閥位置反饋準確是抽水調相過程中的重要環節，是壓水成功的關鍵。

2 事件現象

桐蒼5419線運行，500 kV分段5012開關運行，桐巖5420線運行；1～4號主變運行；1、3號機停機備用，2號機抽水運行，4號機抽水調相開機；1號廠變供10 kVⅠ段，2號廠變供10 kVⅡ段，10 kVⅢ段由坎頂變10 kVⅠ段供。

01：03：38 4號機在壓水過程中由于充氣壓水閥全關位置信號抖動，導致4號機壓水失敗，同時4號機轉停機流程；01：07：05 4號機轉為停機工況。

監控報警記錄：

01：02：19 4號機抽水調相開機。

01：03：37 4 號機轉速 ＜10% 否。

01：03：38 4號機充氣壓水閥位置 打開。

01：03：50 4 號機尾水水位太高 否。

01：03：54.352 4號機充氣壓水閥位置 關閉。

01：03：54.455 4 號機尾水水位低 是。

01：03：54 4 號機尾水水位高 否。

01：03：54 4 號機尾水水位太低 是。

01：03：55 4號機蝸殼泄壓閥位置 中間狀態。

01：03：55.830 4 號機充氣壓水閥位置 中間狀態。

01：03：56 4 號機壓水失敗 報警。

01：03：55 4號機蝸殼泄壓閥位置 打開。

01：03：56 4號機步序 S4S-4執行超時 是。

01：03：56 4 號機流程報警 報警。

01：03：56 4號機停機轉換命令正在執行 是。

01：07：05 4 號機停機工況 是。

3 原因分析及處理

3.1 事件處理

值守人員在判斷4號機轉停機流程后，換開機組并同時通知維護人員對現場進行檢查、及時處理，事件處理后上位機將4號機抽水調相開機試驗一次，試驗過程中，4號機充氣壓水閥動作正常，全關位置信號未發生抖動且壓水成功，4號機順利并網抽水。

3.2 原因分析

根據事件列表可知此次4號機組抽水調相開機失敗，是由于步序S4S-4執行超時，導致機組自動轉停機。查看機組順控邏輯，分析得到可能導致步序S4S-4執行超時報警的原因有以下2個：①步序S4S-4執行時間超過40 s；②步序S4S-4轉換過程中產生壓水失敗報警信號。

結合事件列表分析可知，此次步序S4S-4執行超時報警是由于壓水失敗信號（CTRL；b.DEWAT.FAIL）觸發。

圖1 步序S4S-4順控流程圖

查看機組壓水流程子程序，壓水流程子程序共分為5步，其中任意一步發生超時報警或者預條件丟失都將觸發壓水失敗報警信號。

圖2 壓水失敗報警邏輯圖

根據事件列表分析，在發出壓水失敗報警前，4號機蝸殼泄壓閥位置已經在中間狀態，因此當時邏輯已經執行至壓水流程第5步，并發令開4號機蝸殼泄壓閥。因此可以判斷為壓水流程第5步的步序超時（CTRL；b.DEWAT.5.OT）或者預條件（CTRL；b.DEWAT.5.PC）丟失從而導致壓水失敗報警。壓水流程5步序時間為40 s，查看事件列表可知機組壓水流程啟動時間為01：03：38，而壓水失敗報警時間為01：03：56，尚未達到40 s時間。因此可以確定為壓水步序5預條件（CTRL；b.DEWAT.5.PC）不滿足從而導致壓水失敗報警。

由圖3可知壓水步序5的預條件為壓水步序4執行完成（CTRL；b.DEWAT.4.OK.）。查看壓水步序4邏輯可知，該步序反饋信號為充氣壓水閥關閉位置（PI；b.AIV.CL.）。查看事件列表可知在 01：03：55時出現了4號機充氣壓水閥位置中間狀態的信號，說明此時4號機充氣壓水閥關閉位置丟失，而當時正處于執行壓水步序5的過程中。

圖4 壓水步序4邏輯圖

綜上述分析可知，導致4號機抽水調相開機失敗的直接原因為4號機充氣壓水閥關閉位置丟失。而導致該信號丟失的可能原因如下：

（1）充氣壓水閥位置反饋元器件故障。

（2）充氣壓水閥關閉位置信號輸送回路接線松動。

（3）充氣壓水閥實際位置發生抖動。

通過對3個原因的逐一排查，現場檢查元器件反饋正常，硬布線回路情況正常，最終確定原因是由于邏輯中反饋時間不合理造成。

表1 壓水流程步序執行命令及反饋信號列表

機組壓水流程在大部分運行期間只需充氣壓水閥打開一次便可將尾水管水位壓至水位太低，即機組壓水流程執行完步序2時，壓水步序3和步序4的反饋均已滿足，不再執行步序3和4的命令。只有當機組轉輪室漏氣量較大，充氣壓水閥開啟15 s無法將尾水管水位壓至正常位置時，邏輯才會執行步序3和4，即再次開啟充氣壓水閥。

圖5 壓水步序2邏輯圖

查看事件列表，01：03：54時收到4號機充氣壓水閥在關閉位置，結合壓水步序2分析，在收到該信號延時1 s后步序2執行完成，即在01：03：55時將執行步序3的命令：開啟充氣壓水閥命令。

監控系統在01：03：54.455收到“4號機尾水水位低”信號，但因設置了1 s的延時，所以步序3反饋滿足的時間為01：03：55.455，即在這個時刻步序4開始執行。因此當執行至步序4時，充水壓水閥打開命令才過0.103 s，而此時充氣壓水閥實際還處于關閉位置狀態，步序4反饋條件滿足，導致未能發關閉充氣壓水閥命令，直接執行步序5。但由于步序3中：開啟充氣壓水閥命令已經發出，因此在01：03：55時收到4號機充氣壓水閥位置中間狀態（即充氣壓水閥關閉位置復歸），導致步序4反饋信號不滿足，步序4完成信號（CTRL；b.DEWAT.4.OK）復歸，而此時步序5正在執行中，使得步序5的預條件不滿足，最終導致了壓水失敗報警。

圖6 壓水步序3邏輯圖

3.3 處理措施

結合壓水步序邏輯的分析，當充氣壓水閥邏輯步序3發出打開壓水閥的命令，如恰好在此后0～0.6 s內尾水水位壓至正常位置，步序3反饋滿足進而執行步序4、步序5，將會出現上述壓水前提條件丟失的情況，而至于具體何時出現尾水水位壓至正常位置的反饋信號視當日水位及漏氣情況本身存在1～2 s的誤差，由此導致邏輯執行中存在一些時間配合上的巧合。綜上所述，我們判斷此次事件的故障點為：壓水邏輯設置不合理，有待進一步優化、完善。

在經過多次試驗后，將機組壓水步序5邏輯進行優化，在步序5預條件處增加2 s下降延時，避免因壓水閥位置信號抖動或由邏輯造成的短暫開啟引起的前提條件不滿足的問題。

4 結論

綜上所述，機組在抽水調相開機執行壓水邏輯過程中，由于壓水步序3的發令時間與反饋收到時間過短，導致充氣壓水閥實際位置未動作開到位的情況下將流程執行至壓水步序4，此時壓水步序4的反饋條件仍滿足。當執行到壓水步序5的過程中，充氣壓水閥實際位置動作至中間態，導致步序4反饋不滿足，即步序5的預條件丟失，從而產生壓水失敗報警信號。

抽水蓄能電站機組在啟停過程中位置反饋的信號十分重要，對反饋時間要求有著嚴格的規定，因此確保機組邏輯的正確，并進行逐步完善，保證信號的正確反饋，從而降低機組啟停過程中易產生的位置反饋不準確的風險，是機組穩定運行的重要保障。