某電廠機組事故停機失敗分析與處理

胡振宇

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410000）

0 引言

水機保護通過監測水輪機組運行過程中軸瓦溫度、主軸密封水流量、機組轉速、機組振動擺度、剪斷銷狀態等非電氣量的變化來實現機組事故停機的一種保護，是保證機組安全穩定運行的一道屏障。它的可靠動作能防止事故擴大，把設備的損害程度降至最低[1，2]。

水機保護動作后果一般設置為事故停機和緊急事故停機兩種。事故停機是指機組發生水力機械事故時，立即投入緊急停機電磁閥，快速關閉導葉至全關位置，減有功、無功至空載，然后跳發電機出口開關、滅磁開關、停機的過程。通常由軸瓦溫度高、振擺過大、主軸密封水中斷等情況觸發。緊急事故停機是指機組發生水力機械緊急事故時，立即關閉進水口閘門（蝶閥）或落重錘，動作事故配壓閥快速關閉導葉至全關位置，跳發電機出口開關、滅磁開關、停機的過程。其通常由機組大幅過速、調速器油壓或油位過低、事故停機時剪斷銷剪斷、機組小幅過速且主配拒動等情況觸發。

本文以某電廠機組主軸密封水中斷，水機保護動作，但事故停機失敗事件為例，分析事件發生的原因，總結事件過程中暴露的問題，并針對性地提出改進措施。

1 事件經過

某電廠機組裝機容量為2×15 MW，混流式機組，擴大單元接線，日常值班模式為無人值守、遠程集控，電廠生活區距廠房約10 min車程。長期運行，元器件老化、機械磨損、管路銹蝕堵塞，難免會出現一些機械故障，該電廠發生了一起主軸密封水中斷，水機保護停機超時事件[3，4]。

事件發生時1號機、2號機各帶13 MW負荷運行，上位機報“F1主軸密封水示流 中斷”、“F1冷卻水已投入 復歸”、“F1水力機械事故 動作”、“F1主軸密封水中斷（事故停機） 動作”、“F1事故停機流程 啟動”、“F1事故停機流程第一步運行 動作”、“F1停機令至調速器（開出） 動作”，觀察1號機有功功率緩慢減小，但“F1調速器增給定（開出） 動作/復歸”反復刷屏，60 s后，1號機有功功率從12.2 MW減至10.5 MW，無功功率由1.6 Mvar減至0 Mvar，同時“F1調速器停機異常 動作”“F1事故停機流程第一步超時報警 動作”。

集控運行人員查看1號機技術供水水力控制閥、主用主軸密封水電磁閥均為開啟狀態，水導、推力、下導軸承冷卻水示流均正常（上位機無主軸密封水流量和壓力模擬量），推測可能原因為主軸密封水示流計故障或水管堵塞，立即通知電廠現場檢查。但因電廠生活區距廠房較遠，短時無法核實，集控運行人員立即在上位機開啟1號機備用主軸密封水電磁閥，主軸密封水示流中斷報警復歸。電廠運行人員到達現場檢查主軸密封水已恢復正常，頂蓋水位正常，為防止主軸密封水短時中斷可能導致主軸密封損壞，電廠決定停機檢查。

2 原因分析

2.1 水力機械事故保護動作原因分析

機組主軸密封水中斷事故停機判定條件為：非機組停機狀態&主軸密封水進水管壓力下限&主軸密封水示流復歸&延時8 s。當時、1號機在運行態，且主軸密封水進水管壓力下限、主軸密封水示流復歸均滿足，所以延時8 s后觸發水力機械事故保護動作是正常的。

根據處理過程分析，1號機主用主軸密封水電磁閥開啟時，主軸密封示流中斷，備用主軸密封水電磁閥開啟時，主軸密封示流正常，可以判斷主軸密封水示流計無故障，中斷原因為主用主軸密封水管路存在堵塞或漏水。電廠運行人員到達現場后檢查主用主軸密封水管路無漏水情況，則可判定主用主軸密封水管路堵塞。電廠對主用主軸密封水管路進行拆解后發現確實存在堵塞現象。堵塞原因為管路較細，且長期未清洗，加之水質較差，水中雜質在管路中積累導致。對主用主軸密封水管路進行清洗后供水正常[5]。

2.2 事故停機失敗原因分析

事故停機流程第一步執行停調速器/勵磁，減有功功率、減無功功率，均減至小于5%額定功率時，再執行第二步跳發電機出口開關。整個減負荷時限為60 s，超過60 s則報“事故停機流程第一步超時”。從監控系統報警信息中可以發現，1號機事故停機流程啟動后，勵磁系統已將無功功率減至5%額定無功功率，且已將停機令下至調速器，此時調速器應減有功，但上位機無“調速器減給定（開出）動作”信號，反而“調速器增給定（開出）動作/復歸”刷屏。相當于調速器在減有功，但監控系統在增有功，最終在60 s內1號機有功功率從12.2 MW僅減至10.5 MW，不滿足5%額定有功功率，所以“F1事故停機流程第一步超時報警 動作”，事故停機失敗。

電廠對機組事故停機程序（如圖1）進行檢查，發現事故停機流程中，有功設定值為0的觸發條件是“停機流程第一步運行 動作”+“事故停機流程啟動”，但實際事故停機流程中并不會出現“停機流程第一步運行 動作”，而是出現“事故停機流程第一步運行 動作”，所以事故停機流程觸發后，有功設定值為0不能有效觸發。所以事故停機流程第一步動作后，發停機令至調速器，但監控系統沒有收到有功設定值為0的指令，而是保持當前設定值（12 MW），這就出現了調速器系統減有功，而監控系統不斷開出增有功的情況，使機組有功無法減至停機值，事故停機流程第一步超時。

圖1 有功設定值（o）啟動程序

3 暴露的問題

從以上事件經過和原因分析中可以看出此次事件暴露出4個問題：

（1）電廠主軸密封水設置了主、備用兩路，均可由電動閥控制通斷，且均可在上位機進行控制操作，是能夠實現主用主軸密封水壓力低或示流信號復歸時自動投入備用主軸密封水的。但實際監控系統程序中并沒有做這方面的設計，只能上位機手動操作投入備用主軸密封水。對于主軸密封水示流復歸后8s的延時來說，手動操作已經來不及，增加了機組主軸密封損壞和非計劃停運的幾率。如果能夠自動投入備用主軸密封水，此次事件就有可能不會發生。

（2）事故停機流程中不能有效觸發有功設定值為0指令，監控系統無法實現減負荷，事故停機必然會失敗。

（3）如圖2所示，事故停機流程沒有在第一步投入緊急停機電磁閥去關導葉，而是由“事故停機流程第2步運行”（跳GCB）觸發投入緊急停機電磁閥，此時機組有功已減到位，發電機出口開關已跳閘，緊急停機電磁閥沒有起到快速關導葉減負荷的作用，不符合事故停機動作后果的規定。即使有功設定值為0指令有效觸發，也可能發生監控系統減負荷時間過長，超過事故停機流程第一步總時長60 s，造成事故停機流程第一步超時而停機失敗。

圖2 投入緊停閥啟動程序

（4）主軸密封水在機組運行中，能加強主軸密封的密封性能，并對主軸與主軸密封之間的摩擦起到潤滑和冷卻的作用，是主軸密封正常工作的保證?，F場設置有示流計和壓力表，但上位機沒有接對應的模擬量，難以準確判斷主軸密封水流量及壓力的實際情況和運行趨勢。

4 改進措施

根據以上暴露的問題，為保證機組安全穩定運行及事故停機正常執行，采取了以下改進措施。

（1）優化開啟備用主軸密封水程序段。增加“主軸密封水進水管壓力下限報警”作為開機流程主軸密封水投備用延時判斷條件，如圖3，保證開機過程中主軸密封水不滿足及時投入備用主軸密封水。增加“轉速>90%”&（“主軸密封水管流量正?！保ㄈ》矗?“主軸密封水進水管壓力下限報警”），延時3 s觸發投備用程序段，如圖4，保證機組在運行過程中主軸密封水進水管壓力低或主軸密封式示流復歸能夠及時投入備用主軸密封水。

圖3 修改后的有功設定值（o）啟動程序

圖4 修改后的投入緊停閥啟動程序

（2）優化機組事故停機流程設置有功程序段。將程序段第14行中事故停機設置有功值為0條件由“STOP_STEP1.x”（停機流程第一步運行動作）更改為“QS_STEP1.x”（事故停機流程第一步運行動作），如圖4，保證設置有功值為0指令可靠觸發。

（3）優化事故停機流程。在tsq_ctrl程序段第26行，將“%m8108”（事故停機流程第2步運行）修改為“%m8107”（事故停機流程第1步運行），事故停機流程第一步即直接動作調速器緊急停機電磁閥關導葉減負荷停機，避免由于監控系統減負荷時間過長，造成事故停機流程第一步超時而停機失敗的情況發生。

（4）后續可通過設備改造將現場主軸密封水流量或壓力模擬量數值接入上位機。長期運行中，元器件均有誤動的可能，通過上位機模擬量，可以讓遠方監控人員更直觀的判斷現場情況。

5 結語

“無人值班、少人值守”管理模式下，電廠機組最基本的要求就是“開得出、穩得住、停得下”，這樣才能使該模式下的運行效益發揮至最大，隨之對保護的要求也由之前的“寧誤動、不拒動”提升到了“不誤動、不拒動”。通過此次機組事故停機異常時間的分析與處理，完善了主軸密封水保證條件，修正了事故停機流程，解決了電廠的一個重大安全隱患，為無人值班模式下，機組的長期安全穩定運行提供了保證。