CN106368892B - 一种水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，通过启动紧急停机电磁阀、跳开水轮发电机出口断路器、关闭励磁系统、跳开水轮发电机灭磁开关的逻辑顺序执行。本发明在导水叶关闭后，才使水轮发电机出口断路器跳开，避免了水轮发电机有功功率突然变化而导致的水轮发电机转速升高，从而有效保障水轮发电机设备性能及使用寿命；此外，本发明在水轮发电机出口断路器跳开后，再跳开灭磁开关，避免水轮发电机因失磁而进入异步运行工况，从而避免产生水轮发电机定子过电流、发热等现象，有效保障水轮发电机设备性能及使用寿命。

Description

一种水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法
技术领域
本发明属于水电站热工保护技术领域，具体涉及一种水电站水力机械保护中的事故停机操作控制。
背景技术
目前，大多数水电站水力机械保护由常规继电器回路保护部分和PLC程序保护部分构成，两种方式可以独立发挥作用；PLC程序保护部分为PLC(Programmable LogicController)可编程逻辑控制器，主要由开关量输入模块、开关量输出模块等组成，当监测到有故障时，通过PLC控制启动事故停机流程，通过PLC开关量输出接口驱动现场水力机械保护执行机构(例如与发电机组连接的执行机构)，实现对水力机械(例如发电机组)的保护，执行机构操作包括：(1)跳开发电机出口断路器，切断水轮发电机与电网的电路连接；(2)启动紧急停机电磁阀，迅速关闭水轮机导水叶，从而切断水轮发电机的动力源，使水轮发电机有功功率迅速降为0MW；(3)跳开发电机灭磁开关，迅速降低水轮发电机电压，完成对执行机构的操作，实现对发电机组的保护。由于三个步骤同时执行，这样可能导致以下问题：(1)由于在导水叶未完全关闭之前，发电机出口断路器跳开，使水轮发电机出现有功功率负荷突然变化，导致水轮发电机转速升高，从而影响水轮发电机运行性能并缩短其有效使用寿命；(2)可能出现发电机灭磁开关先于发电机出口断路器跳开情况，这种情况下，将导致水轮发电机失磁，进入异步运行工况，水轮发电机异步运行后磁场是靠吸收电力系统的无功功率来建立转子磁场的，所以会造成水轮发电机定子过电流、发热，从而影响水轮发电机性能。
由此可见，现有水电站水力机械PLC程序保护存在逻辑上的不合理性，容易影响水轮发电机性能，并缩短其有效使用寿命。
发明内容
针对目前水电站水力机械PLC程序保护中可能存在的逻辑紊乱情况，本发明提供了一种水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，通过增加多个逻辑判断，控制事故停机流程中的执行机构操作，避免对水轮发电机设备性能产生不良影响。
为了达到上述目的，本发明提供了一种水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，接收机械事故停机命令；
S2，启动紧急停机电磁阀，逐渐减小与之连接的导水叶开度，使与之连接的水轮发电机有功功率逐渐下降；
S3，判断在第一设定时间内，导水叶开度是否关至空载及以下，或有功功率是否降至第一设定值以下，若是，则进入步骤S4，否则报警，进行人工操作停机；
S4，跳开水轮发电机出口断路器；
S5，判断在第二设定时间内，断路器是否处于分闸位置，若处于分闸位置，进入步骤S6，否则报警，进行人工操作停机；
S6，关闭励磁系统，与之连接的水轮发电机机端电压逐渐降低；
S7，判断在第三设定时间内，水轮发电机机端电压是否降至第二设定值及以下，若是，则进入步骤S10，否则进入步骤S8；
S8，跳开水轮发电机灭磁开关；
S9，判断在第四设定时间内，灭磁开关是否处于分闸位置，若是，则进入步骤S10，否则报警，进行人工操作停机；
S10，执行正常空转-停机命令，自动操作停机。
上述水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，所述步骤S3中，第一设定时间为自启动紧急停机电磁阀操作开始计时的等待时间，第一设定值是为判定紧急停机电磁阀是否启动而设定的水轮发电机有功功率的上限值；所述步骤S5中，第二设定时间为自跳开水轮发电机出口断路器操作开始计时的等待时间；所述步骤S7中，第三设定时间为自关闭励磁系统操作开始计时的等待时间，第二设定值是为判定励磁系统是否关闭而设定的水轮发电机机端电压的上限值；所述步骤S9中，第四设定时间为自跳开水轮发电机灭磁开关操作开始计时的等待时间；所述第一设定时间、第二设定时间、第三设定时间和第四设定时间相同或不同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明在导水叶关闭后，才使水轮发电机出口断路器跳开，避免了水轮发电机有功功率突然变化而导致的水轮发电机转速升高，从而有效保障水轮发电机设备性能及使用寿命。
2、由于本发明在水轮发电机出口断路器跳开后，再跳开灭磁开关，避免水轮发电机因失磁而进入异步运行工况，从而避免产生水轮发电机定子过电流、发热等现象，有效保障水轮发电机设备性能及使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
本实施例提供了一种水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其针对的水力机械保护装置中包含的事故停机执行机构有紧急停机电磁阀、水轮发电机出口断路器、励磁系统、水轮发电机灭磁开关等；其中紧急停机电磁阀用于控制与之连接的导水叶的开度以及有功功率的调节，水轮发电机出口断路器用于断开水轮发电机与电网的连接，励磁系统用于控制水轮发电机机端电压，水轮发电机灭磁开关用于快速降低励磁回路中的电流，达到迅速降低水轮发电机电压的目的。
如图1所示，该水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法包括如下步骤：
S1，接收机械事故停机命令。
该事故停机命令可以由水力机械保护装置的上位机(例如PLC可编程逻辑控制器)发出，也可以根据相关判断条件(例如测量的水轮发电机轴瓦温度高于设定值)自动启动事故停机流程，按照步骤S2-S10执行。
S2，启动紧急停机电磁阀，逐渐减小与之连接的导水叶开度，使与之连接的水轮发电机有功功率逐渐下降。
启动紧急停机电磁阀之后，逐渐减小与紧急停机电磁阀连接、由其控制的导水叶开度，使水轮发电机有功功率逐渐下降。
S3，判断在第一设定时间内，导水叶开度是否关至空载及以下，或有功功率是否降至第一设定值以下，若是，则进入步骤S4，否则报警，进行人工操作停机。
本步骤的目的是判断紧急停机电磁阀是否正常启动，当在第一设定时间内(例如30s)，导水叶开度关至空载及以下，或有功功率降至第一设定值以下(例如P<5W)，说明紧急停机电磁阀正常启动，若超过第一设定时间，导水叶开度仍未关至空载，或有功功率仍未降至第一设定值以下，说明紧急停机电磁阀未正常启动，不能进行之后的操作，以免因水轮发电机出口断路器跳开造成水轮发电机有功功率突然变化，从而导致水轮发电机转速升高，造成对水轮发电机的损坏；当紧急停机电磁阀未正常启动时，需要报警，并进行人工操作停机。
S4，跳开水轮发电机出口断路器。
在紧急停机电磁阀正常关闭之后，需要跳开水轮发电机出口断路器。
S5，判断在第二设定时间内，断路器是否处于分闸位置，若处于分闸位置，进入步骤S6，否则报警，进行人工操作停机。
本步骤的目的是判断水轮发电机出口断路器是否已跳开，当在第二设定时间内(例如10s)，水轮发电机出口断路器处于分闸位置，说明水轮发电机出口断路器已跳开，若超过第二设定时间，水轮发电机出口断路器仍处于合闸位置，说明水轮发电机出口断路器未正常跳开，不能进行之后的操作，以免造成对水轮发电机的损坏，因为若水轮发电机出口断路器未跳开，直接跳开水轮发电机灭磁开关，会导致水轮发电机失磁，使水轮发电机进入异步运行工况，水轮发电机异步运行后磁场是靠吸收电力系统的无功功率来建立转子磁场的，从而造成水轮发电机定子过电流、发热等现象，造成对水轮发电机的损坏；当水轮发电机出口断路器未正常跳开时，需要报警，并进行人工操作停机。
S6，关闭励磁系统，与之连接的水轮发电机机端电压逐渐降低。
在跳开水轮发电机出口断路器之后，需要关闭励磁系统；当关闭励磁系统之后，与励磁系统连接、由其控制的水轮发电机机端电压开始逐渐降低。
增加关闭励磁系统的操作，可以减少灭磁开关的动作次数，降低灭磁开关故障率，延长其使用寿命。
S7，判断在第三设定时间内，水轮发电机机端电压是否降至第二设定值及以下，若是，则进入步骤S10，否则进入步骤S8。
本步骤的目的是判断励磁系统是否正常关闭，当在第三设定时间内(例如30s)，水轮发电机机端电压降至第二设定值及以下(例如降至10％Une及以下，其中Une为发电机额定电压)，说明励磁系统关闭，此时可以按照步骤S10执行正常空转-停机命令；若超过第三设定时间，水轮发电机机端电压降至第二设定值及以下，说明励磁系统未正常关闭，此时按照步骤S8，进一步跳开水轮发电机灭磁开关。
S8，跳开水轮发电机灭磁开关。
若励磁系统未关闭，励磁为切除，需要进一步跳开水轮发电机灭磁开关。
S9，判断在第四设定时间内，灭磁开关是否处于分闸位置，若是，则进入步骤S10，否则报警，进行人工操作停机。
本步骤的目的是判断水轮发电机灭磁开关是否已跳开，当在第四设定时间内(例如10s)，灭磁开关处于分闸位置，说明灭磁开关已跳开；若超过第四设定时间，灭磁开关仍处于合闸位置，说明灭磁开关未正常跳开，不能进行之后的操作，以免因引起水轮发电机电压过大而造成对水轮发电机的损坏；当水轮发电机灭磁开关未正常跳开时，需要报警，并进行人工操作停机。
S10，执行正常空转-停机命令，然后流程结束。
在励磁系统正常关闭或水轮发电机灭磁开关正常跳开之后，便可以执行正常的空转-停机命令。空转-停机命令为计算机监控系统正常工况下的停机操作流程，当执行完空转-停机命令后，水轮发电机停止工作，事故停机流程执行完毕，从而实现对水电站水力机械的保护。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，接收机械事故停机命令；
S2，启动紧急停机电磁阀，逐渐减小与之连接的导水叶开度，使与之连接的水轮发电机有功功率逐渐下降；
S3，判断在第一设定时间内，导水叶开度是否关至空载及以下，或有功功率是否降至第一设定值以下，若是，则进入步骤S4，否则报警，进行人工操作停机；
S4，跳开水轮发电机出口断路器；
S5，判断在第二设定时间内，断路器是否处于分闸位置，若处于分闸位置，进入步骤S6，否则报警，进行人工操作停机；
S6，关闭励磁系统，与之连接的水轮发电机机端电压逐渐降低；
S7，判断在第三设定时间内，水轮发电机机端电压是否降至第二设定值及以下，若是，则进入步骤S10，否则进入步骤S8；
S8，跳开水轮发电机灭磁开关；
S9，判断在第四设定时间内，灭磁开关是否处于分闸位置，若是，则进入步骤S10，否则报警，进行人工操作停机；
S10，执行正常空转-停机命令，自动操作停机。
2.根据权利要求1所述水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其特征在于所述步骤S3中，第一设定时间为自启动紧急停机电磁阀操作开始计时的等待时间。
3.根据权利要求2所述水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其特征在于所述步骤S3中，第一设定值是为判定紧急停机电磁阀是否启动而设定的水轮发电机有功功率的上限值。
4.根据权利要求1所述水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其特征在于所述步骤S5中，第二设定时间为自跳开水轮发电机出口断路器操作开始计时的等待时间。
5.根据权利要求1所述水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其特征在于所述步骤S7中，第三设定时间为自关闭励磁系统操作开始计时的等待时间。
6.根据权利要求5所述水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其特征在于所述步骤S7中，第二设定值是为判定励磁系统是否关闭而设定的水轮发电机机端电压的上限值。
7.根据权利要求1所述水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其特征在于所述步骤S9中，第四设定时间为自跳开水轮发电机灭磁开关操作开始计时的等待时间。
8.根据权利要求1至7任一所述水电站水力机械保护中的事故停机操作控制方法，其特征在于所述第一设定时间、第二设定时间、第三设定时间和第四设定时间相同或不同。
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