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提高三峽機組運行可靠性的途徑論文
摘要：2003年7月三峽機組順利投產，極大地緩解了全國的“電荒”局面。然而，機組投產初期運行可靠性較低，強迫停運次數較多，給電力系統穩定運行造成了一定的影響。經分析，三峽主機運行穩定可靠，造成強迫停機的主要原因是機組輔助系統設計不合理、自動化元器件故障率高等。針對這一問題，三峽工程的運行和技術管理人員提出并實施了60余項反事故技改措施，優化、完善了機組保護和控制邏輯，有效地提高了機組運行可靠性。
關鍵詞：三峽機組可靠性分析
1背景
2003年7月10日，三峽左岸電站首臺機組并網投產發電，在半年時間內有6臺單機容量為70萬kW的水輪發電機組相繼投產，創造了裝機投產速度的世界之最。三峽機組的投產對全國電力短缺無疑是及時雨，投產當年發電量達到86億kW?h，極大地緩解了“電荒”局面。然而，與所有新投產電廠一樣，機組進入穩定運行期有一個過程，在此階段機組相繼出現了多次強迫停運，運行可靠性較低。
由于三峽機組是我國首次從國外引進的70萬kW水輪發電機組，單機容量大，一旦故障停運對系統影響大，加之三峽工程長期受到人們的關注，因此其機組運行可靠性一度成為各界關心的問題。
針對機組投運初期運行可靠性低的問題，三峽電廠在外方和安裝單位的配合下，在半年的時間內提出并實施了60余項反事故技改措施，優化、完善了機組保護和控制邏輯，有效地提高了機組運行可靠性，機組強迫停運次數從2003年初始的0.7次/臺月下降到2004年0.13次/臺月。
2三峽機組運行可靠性狀況及強迫停運原因分析
三峽機組投產以來強迫停運26次，2003年半年內強迫停運16臺次，2004年前10個月強迫停運10臺次。造成強迫停運的原因主要可歸納為以下幾類。
2.1設備或自動化元器件故障造成停機
新設備或器件故障是造成停機的主要原因，14臺次的強迫停運全部由機組輔助設備、自動化元器件失效引起。
⑴自動化控制、檢測元件故障。5次機組強迫停運由自動化控制、檢測元件故障引起，主要故障點集中在：油位傳感器電源模件、密封水測溫電阻、局放檢測裝置測量電容、接力器鎖錠接點、低油壓傳感器;
⑵自動裝置內模板損壞。3次機組強迫停運由監控系統、勵磁裝置、繼電保護裝置模板損壞引起；
⑶自動裝置制造工藝問題。5號機調速器盤因內部48V電源線配線工藝不良，在機組運轉中震動引起端子接觸不良，調速器開機令繼電器自保持回路失電，調速器快速關閉導葉造成停機，該故障引起機組強迫停運22次；
⑷定子冷卻系統純水泵故障。三峽機組定子線棒采用純水強迫循環冷卻方式，兩臺純水泵，一臺工作，一臺備用，兩泵全部停運時機組停機。雖然由此引起的機組強迫停運僅有１次，但是電磁型純水泵故障率極高，從機組調試至今已有十多臺損壞，機組投產后多次停機消缺。三峽是國內首家使用75kW電磁泵的電廠，國外實例也很少見，電磁泵軸承燒壞的機理還在進一步研究中；
⑸設備損壞。2004年7月26日，11號機組交接并網運行后約2小時勵磁變B相著火，變壓器溫度保護動作停機，經查，故障由低壓側匝間短路引起。三峽機組投產以來僅發生這一次高壓設備故障；
⑹4F大軸絕緣降低，絕緣監視保護動作跳閘停機。
2.2安裝、調試質量問題造成強迫停機
安裝、調試質量問題表現在：電流互感器極性接反，兩次引起繼電保護誤動停機3臺次；調速器主接力器位移傳感器安裝不牢固，造成機組溜負荷保護出口跳閘停機1次；調速器接力器鎖錠接點安裝不良，運行中抖動，使調速器開機令復歸，機組解列停機1次。
2.3機組輔助設備電源問題造成強迫停機
機組輔助設備電源問題主要表現在兩個方面：
一是機組輔助設備供電可靠性低。三峽電站廠用電來自于機組自供電和廠外施工電源，機組從3號機組開始僅單號機配置有廠用變壓器，投產初期機組較少廠用電系統并未形成，因此只能依靠外部施工電源作為主供電源，而三峽電站地處多雷區，施工電源覆蓋面廣，接線復雜，可靠性較低，倒換頻繁，因而極易引起組輔助設備失電。2003年8月24日，雷擊造成三峽壩區施工電源跳閘，造成三峽首批投產的4臺機組相繼停機，全站停電。
二是機組輔助設備對電源的適應性差。在一路交流電源消失、或短時消失又恢復后裝置不能正常工作。存在上述問題的輔助系統有：
⑴純水系統；
⑵壓油裝置；
⑶推導軸承和水導軸承外循環油泵裝置；
⑷其他現地控制/測量設備。
造成輔助設備對電源的適應性差的原因在于輔助設備電源設計存在以下缺陷：
⑴輔助設備控制電源采用單電源設計，或雙輸入電源但不能實現無擾動切換，或雙輸入電源但至弱電的變換裝置共用，一旦失電則其“開機令”自保持返回，使被控動力設備停運；
⑵在動力電源消失控制裝置在發出故障報警的同時閉鎖了動力設備的運行，以致在動力電源恢復后不能自動啟動，除非人為現場恢復故障。
例如，ALSTOM機組水導瓦采用外循環油泵冷卻，油泵控制裝置采用雙交流輸入、單220V/48V變換裝置，2003年9月9日在進行廠用電倒換時，6號機組水導瓦循環油泵控制電源220V/48V變換裝置強電側開關受沖擊跳閘，油泵“開機令”自保持返回，油泵停運，造成水導瓦過熱燒損，機組停機。
2.4水機保護、控制邏輯缺陷造成強迫停機
水機保護、控制邏輯缺陷主要表現在：
⑴按無人值班設計，停機條件過多，對設備故障的邏輯判斷不充分，也未給運行人員進一步判斷故障留下余地；
⑵利用溫度、液位、壓力等非電量停機的控制邏輯未考慮閉鎖或足夠的延時，而非電量極易波動，傳感器易損壞；
⑶出于保護設備的理念，在動力電源消失使控制裝置在發出故障報警的同時閉鎖了動力設備的運行，以致在動力電源恢復后不能自動啟動，造成停機。
3提高三峽機組運行可靠性的措施
為提高三峽機組運行的可靠性，中國三峽總公司和三峽電廠采取了一系列的組織措施和技術措施。三峽總公司加強了設備制造監理、出廠驗收、安裝調試質量的控制，在安裝單位和三峽電廠同時開展“首穩百日”活動。三峽電廠先后提出了10個方面共計60余條反事故技術改進措施，相繼對投產機組上進行整改。對后續投產的機組，三峽總公司組織安裝單位將整改項目落實到安裝調試過程中，并要求三峽電廠對這些整改項目進行測試驗收。
所采取的主要技術措施可歸納為如下3大類。
3.1完善輔助系統在電源控制、切換、監視等方面的功能
⑴修改純水系統的PLC程序，滿足運行泵失電后，備用泵自啟動的要求，并對雙泵切換延時及全停定值修改；
⑵對純水系統增加電源監視繼電器，失電報警；修改PLC程序，使之保持開機令，在電源恢復時自啟動水泵；
⑶修改純水系統PLC程序，使掉電時恢復馬達的Y型接線，防止來電時三角形啟動；
⑷對純水系統加裝軟啟動器；
⑸修改油泵控制PLC程序，使電源失電再恢復后自啟動油泵；
⑹將VGS推導外循環油泵控制PLC電源保險改為空氣開關，并增加一路直流220V電源，將原兩路交流電源改成雙直流同時供電；
⑺將VGS水導外循環油泵控制電源由單直流改為交流+直流供電(原設計由單直流220V供電，無PLC，24V弱電控制)；
⑻將ALSTOM水導外循環油泵控制48V電源裝置雙重化，取消變壓器低壓側開關，增大高壓側開關跳閘定值；
⑼將ALSTOM水導外循環油泵控制開機令繼電器改RS繼電器，防止雙交流切換時開機令復歸；
⑽將VGS高壓油泵控制由雙交流切換供電改為交流+直流同時供電，保證交流失電恢復后泵自啟動；
⑾主變冷卻器電源倒換定值修改：失壓由90%改為85%，時間為1.5秒；
⑿電源監視繼電器換型（原型式繼電器易燒），包括VGS機組射流泵、濾水器、減壓閥現地控制盤，ALSTOM機組射流泵、減壓閥、濾水器、大軸密封、水導油泵、頂蓋排水現地控制盤。
3.2提高廠用電的可靠性
在機組運行方式安排上，優先安排帶有廠用變壓器的機組運行，在2號機上增設一組廠用變壓器，將機組供電作為廠用電的主供電源，將壩區施工電源作為備用電源，同時改善外來電源的運行環境，提高抗雷擊能力，優化10kV、400V廠用電備自投參數。
3.3完善機組保護和控制邏輯提高系統可靠性
⑴對純水系統的PLC程序進行修改，在泵啟動、停泵時分別閉鎖“純水系統大泄漏”信號45”和35”，并在監控系統中將“純水系統大泄漏”信號延時10”作用于停機；
⑵簡化調速器開機自保持回路，取消調速器機柜上緊急停機按鈕至調速器的回路，用其開接點啟動常規緊急停機；對自保持閉接點進行雙重化處理；對調速器開機自保持回路整頓加固，48V電源環接；
⑶在監控系統中增加調速器開機自保持繼電器失電啟動快速停機流程，防止有功進相運行；
⑷將“油壓裝置機械大故障”停機功能改為報警，僅取工作壓力、壓油罐油位開關量、模擬量為停機判據；
⑸完善ALSTOM水導油位低停機保護，增加一個液位計，開關量與模擬量并用；增加ALSTOM水導油泵全停延時停機保護；
⑹取消VGS水導油流量低停泵功能，改為報警；在監控系統中增加遠方故障復位，以便能自動或遠方人工再啟動；
⑺主變“冷卻器全停“改立即停機為延時2秒停機，主變PLC中，油泵全停延時2分鐘停機，水停15分鐘停機；
⑻閘門下滑事故位停機出口增加模擬量>90%閉鎖，延時10秒出口；
⑼剪斷銷信號改直接出口落門停機為105%過速閉鎖落門停機；
⑽水封溫度保護出口加流量閉鎖（定值每小時10立方米）；
⑾增加LCUI/O自檢，防止LCUI/O失電或故障時誤判被監視的調速、勵磁、保護等裝置電源全停而啟動緊急停機；
⑿增加機組逆功率保護（5%，30”），發電機過電壓保護雙重化；
⒀優化溫度保護：所有瓦溫保護（推力、上導、下導、水導）全部由緊急停機改為快速停機，防止緊急停機在解列后機組過速時瓦溫進一步升高；所有瓦溫常規保護（推力、上導、下導、水導）測溫模塊增加斷線、斷電閉鎖功能；
⒁將推力瓦溫由單點停機改為分組兩點停機，以防止測溫故障；上導、下導、水導瓦溫保護維持單點停機；
⒂操作員站增加對純水系統、推導外循環泵、水導外循環泵、主變冷卻器、大軸密封水泵、高壓油泵、壓油泵裝置的運行監視畫面，增加遠方故障復位和手動再啟動功能。
4結論
(1)由于三峽機組單機容量大，輔助系統多，技術復雜，因此在投產初期因輔助系統故障造成了多次強迫停運，一度機組運行可靠性較低。但是三峽機組主機運行安全穩定，未發生因主機故障引起的強迫停運。實踐證明，為提高三峽機組運行可靠性所采取的一系列針對性的措施實施以后，機組運行的可靠性得到了明顯提高；
(2)進口設備對供電電源的適應性考慮不足，在一路電源消失其自動切換功能、在全部短時消失又迅速恢復時其自恢復功能不完善，因此必須對機組用電的可靠性給與足夠的重視，同時應該在設備采購合同中對供電電源的適應性做出明確的規定；
(3)新電廠在投產時由于廠用電系統并未完全形成，必須采取有效措施提高外供電源的可靠性；
(4)由于國內外水機保護理念的不同，導致進口設備的停機條件多，閉鎖不完善，容錯能力差，因此，在進行設計集成時必須嚴格審查各子系統的控制、保護、閉鎖邏輯，確保各種停機條件的充分、必要和可靠。
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