某电厂机组事故停机失败分析与处理

胡振宇

（1.五凌电力有限公司，湖南 长沙 410000；2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南 长沙 410000）

0 引言

水机保护通过监测水轮机组运行过程中轴瓦温度、主轴密封水流量、机组转速、机组振动摆度、剪断销状态等非电气量的变化来实现机组事故停机的一种保护，是保证机组安全稳定运行的一道屏障。它的可靠动作能防止事故扩大，把设备的损害程度降至最低[1，2]。

水机保护动作后果一般设置为事故停机和紧急事故停机两种。事故停机是指机组发生水力机械事故时，立即投入紧急停机电磁阀，快速关闭导叶至全关位置，减有功、无功至空载，然后跳发电机出口开关、灭磁开关、停机的过程。通常由轴瓦温度高、振摆过大、主轴密封水中断等情况触发。紧急事故停机是指机组发生水力机械紧急事故时，立即关闭进水口闸门（蝶阀）或落重锤，动作事故配压阀快速关闭导叶至全关位置，跳发电机出口开关、灭磁开关、停机的过程。其通常由机组大幅过速、调速器油压或油位过低、事故停机时剪断销剪断、机组小幅过速且主配拒动等情况触发。

本文以某电厂机组主轴密封水中断，水机保护动作，但事故停机失败事件为例，分析事件发生的原因，总结事件过程中暴露的问题，并针对性地提出改进措施。

1 事件经过

某电厂机组装机容量为2×15 MW，混流式机组，扩大单元接线，日常值班模式为无人值守、远程集控，电厂生活区距厂房约10 min车程。长期运行，元器件老化、机械磨损、管路锈蚀堵塞，难免会出现一些机械故障，该电厂发生了一起主轴密封水中断，水机保护停机超时事件[3，4]。

事件发生时1号机、2号机各带13 MW负荷运行，上位机报“F1主轴密封水示流 中断”、“F1冷却水已投入 复归”、“F1水力机械事故 动作”、“F1主轴密封水中断（事故停机） 动作”、“F1事故停机流程 启动”、“F1事故停机流程第一步运行 动作”、“F1停机令至调速器（开出） 动作”，观察1号机有功功率缓慢减小，但“F1调速器增给定（开出） 动作/复归”反复刷屏，60 s后，1号机有功功率从12.2 MW减至10.5 MW，无功功率由1.6 Mvar减至0 Mvar，同时“F1调速器停机异常 动作”“F1事故停机流程第一步超时报警 动作”。

集控运行人员查看1号机技术供水水力控制阀、主用主轴密封水电磁阀均为开启状态，水导、推力、下导轴承冷却水示流均正常（上位机无主轴密封水流量和压力模拟量），推测可能原因为主轴密封水示流计故障或水管堵塞，立即通知电厂现场检查。但因电厂生活区距厂房较远，短时无法核实，集控运行人员立即在上位机开启1号机备用主轴密封水电磁阀，主轴密封水示流中断报警复归。电厂运行人员到达现场检查主轴密封水已恢复正常，顶盖水位正常，为防止主轴密封水短时中断可能导致主轴密封损坏，电厂决定停机检查。

2 原因分析

2.1 水力机械事故保护动作原因分析

机组主轴密封水中断事故停机判定条件为：非机组停机状态&主轴密封水进水管压力下限&主轴密封水示流复归&延时8 s。当时、1号机在运行态，且主轴密封水进水管压力下限、主轴密封水示流复归均满足，所以延时8 s后触发水力机械事故保护动作是正常的。

根据处理过程分析，1号机主用主轴密封水电磁阀开启时，主轴密封示流中断，备用主轴密封水电磁阀开启时，主轴密封示流正常，可以判断主轴密封水示流计无故障，中断原因为主用主轴密封水管路存在堵塞或漏水。电厂运行人员到达现场后检查主用主轴密封水管路无漏水情况，则可判定主用主轴密封水管路堵塞。电厂对主用主轴密封水管路进行拆解后发现确实存在堵塞现象。堵塞原因为管路较细，且长期未清洗，加之水质较差，水中杂质在管路中积累导致。对主用主轴密封水管路进行清洗后供水正常[5]。

2.2 事故停机失败原因分析

事故停机流程第一步执行停调速器/励磁，减有功功率、减无功功率，均减至小于5%额定功率时，再执行第二步跳发电机出口开关。整个减负荷时限为60 s，超过60 s则报“事故停机流程第一步超时”。从监控系统报警信息中可以发现，1号机事故停机流程启动后，励磁系统已将无功功率减至5%额定无功功率，且已将停机令下至调速器，此时调速器应减有功，但上位机无“调速器减给定（开出）动作”信号，反而“调速器增给定（开出）动作/复归”刷屏。相当于调速器在减有功，但监控系统在增有功，最终在60 s内1号机有功功率从12.2 MW仅减至10.5 MW，不满足5%额定有功功率，所以“F1事故停机流程第一步超时报警 动作”，事故停机失败。

电厂对机组事故停机程序（如图1）进行检查，发现事故停机流程中，有功设定值为0的触发条件是“停机流程第一步运行 动作”+“事故停机流程启动”，但实际事故停机流程中并不会出现“停机流程第一步运行 动作”，而是出现“事故停机流程第一步运行 动作”，所以事故停机流程触发后，有功设定值为0不能有效触发。所以事故停机流程第一步动作后，发停机令至调速器，但监控系统没有收到有功设定值为0的指令，而是保持当前设定值（12 MW），这就出现了调速器系统减有功，而监控系统不断开出增有功的情况，使机组有功无法减至停机值，事故停机流程第一步超时。

图1 有功设定值（o）启动程序

3 暴露的问题

从以上事件经过和原因分析中可以看出此次事件暴露出4个问题：

（1）电厂主轴密封水设置了主、备用两路，均可由电动阀控制通断，且均可在上位机进行控制操作，是能够实现主用主轴密封水压力低或示流信号复归时自动投入备用主轴密封水的。但实际监控系统程序中并没有做这方面的设计，只能上位机手动操作投入备用主轴密封水。对于主轴密封水示流复归后8s的延时来说，手动操作已经来不及，增加了机组主轴密封损坏和非计划停运的几率。如果能够自动投入备用主轴密封水，此次事件就有可能不会发生。

（2）事故停机流程中不能有效触发有功设定值为0指令，监控系统无法实现减负荷，事故停机必然会失败。

（3）如图2所示，事故停机流程没有在第一步投入紧急停机电磁阀去关导叶，而是由“事故停机流程第2步运行”（跳GCB）触发投入紧急停机电磁阀，此时机组有功已减到位，发电机出口开关已跳闸，紧急停机电磁阀没有起到快速关导叶减负荷的作用，不符合事故停机动作后果的规定。即使有功设定值为0指令有效触发，也可能发生监控系统减负荷时间过长，超过事故停机流程第一步总时长60 s，造成事故停机流程第一步超时而停机失败。

图2 投入紧停阀启动程序

（4）主轴密封水在机组运行中，能加强主轴密封的密封性能，并对主轴与主轴密封之间的摩擦起到润滑和冷却的作用，是主轴密封正常工作的保证。现场设置有示流计和压力表，但上位机没有接对应的模拟量，难以准确判断主轴密封水流量及压力的实际情况和运行趋势。

4 改进措施

根据以上暴露的问题，为保证机组安全稳定运行及事故停机正常执行，采取了以下改进措施。

（1）优化开启备用主轴密封水程序段。增加“主轴密封水进水管压力下限报警”作为开机流程主轴密封水投备用延时判断条件，如图3，保证开机过程中主轴密封水不满足及时投入备用主轴密封水。增加“转速>90%”&（“主轴密封水管流量正常”（取反）+“主轴密封水进水管压力下限报警”），延时3 s触发投备用程序段，如图4，保证机组在运行过程中主轴密封水进水管压力低或主轴密封式示流复归能够及时投入备用主轴密封水。

图3 修改后的有功设定值（o）启动程序

图4 修改后的投入紧停阀启动程序

（2）优化机组事故停机流程设置有功程序段。将程序段第14行中事故停机设置有功值为0条件由“STOP_STEP1.x”（停机流程第一步运行动作）更改为“QS_STEP1.x”（事故停机流程第一步运行动作），如图4，保证设置有功值为0指令可靠触发。

（3）优化事故停机流程。在tsq_ctrl程序段第26行，将“%m8108”（事故停机流程第2步运行）修改为“%m8107”（事故停机流程第1步运行），事故停机流程第一步即直接动作调速器紧急停机电磁阀关导叶减负荷停机，避免由于监控系统减负荷时间过长，造成事故停机流程第一步超时而停机失败的情况发生。

（4）后续可通过设备改造将现场主轴密封水流量或压力模拟量数值接入上位机。长期运行中，元器件均有误动的可能，通过上位机模拟量，可以让远方监控人员更直观的判断现场情况。

5 结语

“无人值班、少人值守”管理模式下，电厂机组最基本的要求就是“开得出、稳得住、停得下”，这样才能使该模式下的运行效益发挥至最大，随之对保护的要求也由之前的“宁误动、不拒动”提升到了“不误动、不拒动”。通过此次机组事故停机异常时间的分析与处理，完善了主轴密封水保证条件，修正了事故停机流程，解决了电厂的一个重大安全隐患，为无人值班模式下，机组的长期安全稳定运行提供了保证。