CN111365188A - 一种水电站一级过速保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水电站发电机组过速保护技术，其公开了一种水电站一级过速保护系统及其控制方法，解决传统技术中的一级过速保护方案未考虑调速器PLC自身故障，可能造成一级过速保护不能正确动作而带来的问题。本发明中，构成一级过速保护系统的重要信号“主配拒动”，不由调速器PLC判定后给出，而是通过电子式时间继电器、硬压板、跳闸闭锁继电器对直接来自于调速器主配压阀本体的微动开关信号以及导叶位置信号、机组转速信号进行构成控制回路，并在一级过速保护逻辑中，加入调速器本体严重故障信号，以完善水电站的一级过速保护逻辑。

Description

一种水电站一级过速保护系统

技术领域

本发明涉及水电站发电机组过速保护技术，具体涉及一种水电站一级过速保护系统及其控制方法。

背景技术

水电站的水轮发电机组一般运行于额定转速下，当在事故状态下，会发生转速过高，对机组造成严重损伤。通常水轮发电机组设置三级过速保护：一级过速保护设定于115％倍额定转速(具体转速设置根据水电站调保计算成果确定)，若发生调速器主配压阀拒动故障，则动作于事故停机电磁阀；二级过速保护设定于140％倍额定转速(具体转速设置根据水电站调保计算成果确定)，动作于事故停机电磁阀；三级过速保护为纯机械过速保护，直接动作于调速器液压回路关闭导叶。

一般在大中型水电站中，每台机组将设置一套机组现地控制单元(LCU，LocalControl Unit),机组现地控制单元采用PLC作为核心控制元件，机组控制流程、水车保护逻辑由其实现。通常，为了保证机组的安全，除了机组LCU的PLC中的水车保护外，还会另外设置一套独立的水车保护PLC，用于在机组LCU不能正常运行时关闭机组，从而实现双重化保护，保障机组安全。在机组LCU内的PLC中和水车保护PLC中，分别设置相互独立的水轮发电机组一级过速保护程序。

由于调速器主配压阀本体上设置的微动开关，一般给出的信号实质为“主配未向关方向动作”信号，不能等同于“主配拒动”信号。现在常规设计方案中，构成一级过速保护的输入条件之一的“主配拒动信号”要由调速器PLC装置经综合判断后给出。即，通过调速器PLC装置经过综合判断向机组LCU的PLC和独立的水车保护PLC给出“主配拒动信号”。

可以看出，现有方案中的水轮发电机组一级过速保护逻辑过于依赖于调速器的PLC装置，在机组转速异常上升的情况下，若调速器PLC出现故障，没有正确给出“主配拒动”信号时，将导致机组一级过速保护不能正确动作，造成机组转速的进一步上升，引起事故扩大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种水电站一级过速保护系统及其控制方法，解决传统技术中的一级过速保护方案未考虑调速器PLC自身故障，可能造成一级过速保护不能正确动作而带来的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种水电站一级过速保护系统，包括第一控制回路，所述第一控制回路中包括主配压阀本体、电子式时间继电器、转速测量装置、导叶行程开关、跳闸闭锁继电器和第一保护硬压板；所述主配压阀本体的微动开关信号通过所述电子式时间继电器延迟，延迟后的微动开关信号与转速测量装置输出的机组转速信号以及导叶行程开关输出的导叶位置信号串联接入所述跳闸闭锁继电器的输入端；所述跳闸闭锁继电器的输出端连接机组LCU和水车保护PLC。

作为进一步优化，该系统还包括第二控制回路，所述第二控制回路中包括调速器控制柜和第二保护硬压板，所述调速器控制柜在调速器本体严重故障时，给出“调速器严重故障信号”，跳闸闭锁继电器带电，直接触发一级过速保护。

此外，本发明还提供了上述水电站一级过速保护系统的控制方法，其包括：

当主配压阀出现异常时，主配压阀本体提供“主配压阀未向关方向动作”信号；

“主配压阀未向关方向动作”信号通过时间继电器进行延时；

在延时结束时，若机组导叶在空载以上开度，同时机组转速超过一级过速保护转速阈值，则跳闸闭锁继电器带电，触发机组LCU和水车保护PLC中的一级过速保护，启动停机流程。

作为进一步优化，所述时间继电器的延时时间根据调速器实际导叶关闭规律设置，不大于由导叶全开位置关闭至导叶空载位置的行程时间。

作为进一步优化，该控制方法还包括：

在调速器本体严重故障时，调速器控制柜给出“调速器严重故障信号”，跳闸闭锁继电器带电，直接触发机组LCU和水车保护PLC中的一级过速保护，启动停机流程。

作为进一步优化，在调速器控制柜给出“调速器严重故障信号”，同时机组转速超过一级过速保护转速阈值时，跳闸闭锁继电器带电，触发机组LCU和水车保护PLC中的一级过速保护，启动停机流程。

本发明的有益效果是：

(1)通过主配本体微动开关信号加上时间继电器延时后，串接导叶开度信号、转速过高信号实现主配拒动逻辑，第一时间启动停机流程，避免调速器本体故障造成的一级过速保护失效问题。

(2)通过添加调速器严重故障信号对水电站一级过速保护逻辑进行完善，在调速器严重故障时尽早关闭机组，避免导叶开度无法调节造成机组转速迅速升高。

(3)通过跳闸闭锁继电器提高回路的抗干扰能力，并提升保护动作速度。

因此，本发明克服了调速器本体故障造成水电站一级过速保护失效的问题，具有回路简单明了、逻辑清晰、成本低廉、抗干扰能力强、响应时间快的优点，通过对水电站一级过速保护逻辑进行完善，进一步提高了机组运行的安全性，减少了机组转速过高的风险，可避免机组在高转速时对机组各部件以及电站水工结构的损伤。

附图说明

图1为本发明实施例中的水电站一级过速保护系统原理图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种水电站一级过速保护系统及其控制方法，解决传统技术中的一级过速保护方案未考虑调速器PLC自身故障，可能造成一级过速保护不能正确动作而带来的问题。其核心思想是：构成一级过速保护系统的重要信号“主配拒动”，不由调速器PLC判定后给出，而是通过电子式时间继电器、硬压板、跳闸闭锁继电器对直接来自于调速器主配压阀本体的微动开关信号以及导叶位置信号、机组转速信号进行构成控制回路，并在一级过速保护逻辑中，加入调速器本体严重故障信号，以完善水电站的一级过速保护逻辑。

本发明中采用的跳闸闭锁继电器具有抗干扰能力强，动作时间快，稳定可靠的特点，跳闸后继电器处于自保持状态，需手动复归后解除自保持。跳闸闭锁继电器的触点分别接至机组LCU和水车保护PLC，动作于启动事故停机流程。

实施例：

如图1所示，本实施例中的水电站一级过速保护系统，包括第一控制回路和第二控制回路，所述第一控制回路中包括主配压阀本体、电子式时间继电器、转速测量装置、导叶行程开关、跳闸闭锁继电器和第一保护硬压板；所述第二控制回路中包括调速器控制柜和第二保护硬压板；在第一控制回路中，所述主配压阀本体的微动开关信号通过所述电子式时间继电器延迟，延迟后的微动开关信号与转速测量装置输出的机组转速信号以及导叶行程开关输出的导叶位置信号串联接入(即形成“逻辑与”)所述跳闸闭锁继电器的输入端；所述跳闸闭锁继电器的输出端连接机组LCU和水车保护PLC。

当调速器在正常运行过程中，由于转速一般不会超过105％额定转速，因此正常情况下第一控制回路不会导通。当主配压阀出现异常(比如油路堵塞导致的主配发卡时)，主配压阀无法正确动作，此时时间继电器在达到设定时间后其开出触点将会导通，此时若机组由于甩负荷等情况导致转速上升至115％额定转速以上，且由于主配压阀未正确动作则导叶开度将在空载以上开度，则第一控制回路导通，跳闸闭锁继电器带电，触发一级过速保护。该回路中设置的第一保护硬压板在正常运行过程中应处于投入位置，当机组处于调试、试验过程中，视情况进行投退。

第二控制回路的设计是考虑了调速器本体严重故障情况，以便能够尽早关闭机组，减小损害；“调速器严重故障信号”由调速器控制柜给出，当调速器出现电调严重故障、双套控制器失效等情况时此回路导通。出现该信号时意味着调速器已经失去对导叶开度的正常控制，无法正常调节机组转速，该回路导通后跳闸闭锁继电器带电，直接触发一级过速保护。该回路中设置的第二保护硬压板正常运行过程中应处于投入位置，当机组处于调试、试验过程中，或调速器切手动运行模式时，视情况进行投退。

在上述方案中，“调速器严重故障信号”会直接触发一级过速保护，该方式提高了机组的安全性并减少了保护动作的时间，但也同时增加了保护误动作风险。在具体实施中，为减少保护误动作的可能性，也可在“调速器严重故障信号”后串接“机组转速超过115％额定转速信号”，即同时满足“调速器严重故障信号”和“机组转速超过115％额定转速信号”时再触发机组一级过速保护。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水电站一级过速保护系统，其特征在于，

包括第一控制回路，所述第一控制回路中包括主配压阀本体、电子式时间继电器、转速测量装置、导叶行程开关、跳闸闭锁继电器和第一保护硬压板；所述主配压阀本体的微动开关信号通过所述电子式时间继电器延迟，延迟后的微动开关信号与转速测量装置输出的机组转速信号以及导叶行程开关输出的导叶位置信号串联接入所述跳闸闭锁继电器的输入端；所述跳闸闭锁继电器的输出端连接机组LCU和水车保护PLC。

2.如权利要求1所述的一种水电站一级过速保护系统，其特征在于，

该系统还包括第二控制回路，所述第二控制回路中包括调速器控制柜和第二保护硬压板，所述调速器控制柜在调速器本体严重故障时，给出“调速器严重故障信号”，跳闸闭锁继电器带电，直接触发一级过速保护。

3.一种水电站一级过速保护系统的控制方法，应用于如权利要求1或2所述的水电站一级过速保护系统，其特征在于，包括：

当主配压阀出现异常时，主配压阀本体提供“主配压阀未向关方向动作”信号；

“主配压阀未向关方向动作”信号通过时间继电器进行延时；

在延时结束时，若机组导叶在空载以上开度，同时机组转速超过一级过速保护转速阈值，则跳闸闭锁继电器带电，触发机组LCU和水车保护PLC中的一级过速保护，启动停机流程。

4.如权利要求3所述的一种水电站一级过速保护系统的控制方法，其特征在于，

所述时间继电器的延时时间根据调速器实际导叶关闭规律设置，不大于由导叶全开位置关闭至导叶空载位置的行程时间。

5.如权利要求3或4所述的一种水电站一级过速保护系统的控制方法，其特征在于，

该控制方法还包括：

在调速器本体严重故障时，调速器控制柜给出“调速器严重故障信号”，跳闸闭锁继电器带电，直接触发机组LCU和水车保护PLC中的一级过速保护，启动停机流程。

6.如权利要求5所述的一种水电站一级过速保护系统的控制方法，其特征在于，

在调速器控制柜给出“调速器严重故障信号”，同时机组转速超过一级过速保护转速阈值时，跳闸闭锁继电器才带电，触发机组LCU和水车保护PLC中的一级过速保护，启动停机流程。

Images