机组运行可靠性分析论文

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1背景

2003年7月10日，三峡左岸电站首台机组并网投产发电，在半年时间内有6台单机容量为70万kW的水轮发电机组相继投产，创造了装机投产速度的世界之最。三峡机组的投产对全国电力短缺无疑是及时雨，投产当年发电量达到86亿kW?h，极大地缓解了“电荒”局面。然而，与所有新投产电厂一样，机组进入稳定运行期有一个过程，在此阶段机组相继出现了多次强迫停运，运行可靠性较低。

由于三峡机组是我国首次从国外引进的70万kW水轮发电机组，单机容量大，一旦故障停运对系统影响大，加之三峡工程长期受到人们的关注，因此其机组运行可靠性一度成为各界关心的问题。

针对机组投运初期运行可靠性低的问题，三峡电厂在外方和安装单位的配合下，在半年的时间内提出并实施了60余项反事故技改措施，优化、完善了机组保护和控制逻辑，有效地提高了机组运行可靠性，机组强迫停运次数从2003年初始的0.7次/台月下降到2004年0.13次/台月。

2三峡机组运行可靠性状况及强迫停运原因分析

三峡机组投产以来强迫停运26次，2003年半年内强迫停运16台次，2004年前10个月强迫停运10台次。造成强迫停运的原因主要可归纳为以下几类。

2.1设备或自动化元器件故障造成停机

新设备或器件故障是造成停机的主要原因，14台次的强迫停运全部由机组辅助设备、自动化元器件失效引起。

⑴自动化控制、检测元件故障。5次机组强迫停运由自动化控制、检测元件故障引起，主要故障点集中在：油位传感器电源模件、密封水测温电阻、局放检测装置测量电容、接力器锁锭接点、低油压传感器;

⑵自动装置内模板损坏。3次机组强迫停运由监控系统、励磁装置、继电保护装置模板损坏引起；

⑶自动装置制造工艺问题。5号机调速器盘因内部48V电源线配线工艺不良，在机组运转中震动引起端子接触不良，调速器开机令继电器自保持回路失电，调速器快速关闭导叶造成停机，该故障引起机组强迫停运22次；

⑷定子冷却系统纯水泵故障。三峡机组定子线棒采用纯水强迫循环冷却方式，两台纯水泵，一台工作，一台备用，两泵全部停运时机组停机。虽然由此引起的机组强迫停运仅有1次，但是电磁型纯水泵故障率极高，从机组调试至今已有十多台损坏，机组投产后多次停机消缺。三峡是国内首家使用75kW电磁泵的电厂，国外实例也很少见，电磁泵轴承烧坏的机理还在进一步研究中；

⑸设备损坏。2004年7月26日，11号机组交接并网运行后约2小时励磁变B相着火，变压器温度保护动作停机，经查，故障由低压侧匝间短路引起。三峡机组投产以来仅发生这一次高压设备故障；

⑹4F大轴绝缘降低，绝缘监视保护动作跳闸停机。

2.2安装、调试质量问题造成强迫停机

安装、调试质量问题表现在：电流互感器极性接反，两次引起继电保护误动停机3台次；调速器主接力器位移传感器安装不牢固，造成机组溜负荷保护出口跳闸停机1次；调速器接力器锁锭接点安装不良，运行中抖动，使调速器开机令复归，机组解列停机1次。

2.3机组辅助设备电源问题造成强迫停机

机组辅助设备电源问题主要表现在两个方面：

一是机组辅助设备供电可靠性低。三峡电站厂用电来自于机组自供电和厂外施工电源，机组从3号机组开始仅单号机配置有厂用变压器，投产初期机组较少厂用电系统并未形成，因此只能依靠外部施工电源作为主供电源，而三峡电站地处多雷区，施工电源覆盖面广，接线复杂，可靠性较低，倒换频繁，因而极易引起组辅助设备失电。2003年8月24日，雷击造成三峡坝区施工电源跳闸，造成三峡首批投产的4台机组相继停机，全站停电。

二是机组辅助设备对电源的适应性差。在一路交流电源消失、或短时消失又恢复后装置不能正常工作。存在上述问题的辅助系统有：

⑴纯水系统；

⑵压油装置；

⑶推导轴承和水导轴承外循环油泵装置；

⑷其他现地控制/测量设备。

造成辅助设备对电源的适应性差的原因在于辅助设备电源设计存在以下缺陷：

⑴辅助设备控制电源采用单电源设计，或双输入电源但不能实现无扰动切换，或双输入电源但至弱电的变换装置共用，一旦失电则其“开机令”自保持返回，使被控动力设备停运；

⑵在动力电源消失控制装置在发出故障报警的同时闭锁了动力设备的运行，以致在动力电源恢复后不能自动启动，除非人为现场恢复故障。

例如，ALSTOM机组水导瓦采用外循环油泵冷却，油泵控制装置采用双交流输入、单220V/48V变换装置，2003年9月9日在进行厂用电倒换时，6号机组水导瓦循环油泵控制电源220V/48V变换装置强电侧开关受冲击跳闸，油泵“开机令”自保持返回，油泵停运，造成水导瓦过热烧损，机组停机。

2.4水机保护、控制逻辑缺陷造成强迫停机

水机保护、控制逻辑缺陷主要表现在：

⑴按无人值班设计，停机条件过多，对设备故障的逻辑判断不充分，也未给运行人员进一步判断故障留下余地；

⑵利用温度、液位、压力等非电量停机的控制逻辑未考虑闭锁或足够的延时，而非电量极易波动，传感器易损坏；

⑶出于保护设备的理念，在动力电源消失使控制装置在发出故障报警的同时闭锁了动力设备的运行，以致在动力电源恢复后不能自动启动，造成停机。

3提高三峡机组运行可靠性的措施

为提高三峡机组运行的可靠性，中国三峡总公司和三峡电厂采取了一系列的组织措施和技术措施。三峡总公司加强了设备制造监理、出厂验收、安装调试质量的控制，在安装单位和三峡电厂同时开展“首稳百日”活动。三峡电厂先后提出了10个方面共计60余条反事故技术改进措施，相继对投产机组上进行整改。对后续投产的机组，三峡总公司组织安装单位将整改项目落实到安装调试过程中，并要求三峡电厂对这些整改项目进行测试验收。

所采取的主要技术措施可归纳为如下3大类。

3.1完善辅助系统在电源控制、切换、监视等方面的功能

⑴修改纯水系统的PLC程序，满足运行泵失电后，备用泵自启动的要求，并对双泵切换延时及全停定值修改；

⑵对纯水系统增加电源监视继电器，失电报警；修改PLC程序，使之保持开机令，在电源恢复时自启动水泵；

⑶修改纯水系统PLC程序，使掉电时恢复马达的Y型接线，防止来电时三角形启动；

⑷对纯水系统加装软启动器；

⑸修改油泵控制PLC程序，使电源失电再恢复后自启动油泵；

⑹将VGS推导外循环油泵控制PLC电源保险改为空气开关，并增加一路直流220V电源，将原两路交流电源改成双直流同时供电；

⑺将VGS水导外循环油泵控制电源由单直流改为交流+直流供电(原设计由单直流220V供电，无PLC，24V弱电控制)；

⑻将ALSTOM水导外循环油泵控制48V电源装置双重化，取消变压器低压侧开关，增大高压侧开关跳闸定值；

⑼将ALSTOM水导外循环油泵控制开机令继电器改RS继电器，防止双交流切换时开机令复归；

⑽将VGS高压油泵控制由双交流切换供电改为交流+直流同时供电，保证交流失电恢复后泵自启动；

⑾主变冷却器电源倒换定值修改：失压由90%改为85%，时间为1.5秒；

⑿电源监视继电器换型（原型式继电器易烧），包括VGS机组射流泵、滤水器、减压阀现地控制盘，ALSTOM机组射流泵、减压阀、滤水器、大轴密封、水导油泵、顶盖排水现地控制盘。

3.2提高厂用电的可靠性

在机组运行方式安排上，优先安排带有厂用变压器的机组运行，在2号机上增设一组厂用变压器，将机组供电作为厂用电的主供电源，将坝区施工电源作为备用电源，同时改善外来电源的运行环境，提高抗雷击能力，优化10kV、400V厂用电备自投参数。

3.3完善机组保护和控制逻辑提高系统可靠性

⑴对纯水系统的PLC程序进行修改，在泵启动、停泵时分别闭锁“纯水系统大泄漏”信号45”和35”，并在监控系统中将“纯水系统大泄漏”信号延时10”作用于停机；

⑵简化调速器开机自保持回路，取消调速器机柜上紧急停机按钮至调速器的回路，用其开接点启动常规紧急停机；对自保持闭接点进行双重化处理；对调速器开机自保持回路整顿加固，48V电源环接；

⑶在监控系统中增加调速器开机自保持继电器失电启动快速停机流程，防止有功进相运行；

⑷将“油压装置机械大故障”停机功能改为报警，仅取工作压力、压油罐油位开关量、模拟量为停机判据；

⑸完善ALSTOM水导油位低停机保护，增加一个液位计，开关量与模拟量并用；增加ALSTOM水导油泵全停延时停机保护；

⑹取消VGS水导油流量低停泵功能，改为报警；在监控系统中增加远方故障复位，以便能自动或远方人工再启动；

⑺主变“冷却器全停“改立即停机为延时2秒停机，主变PLC中，油泵全停延时2分钟停机，水停15分钟停机；

⑻闸门下滑事故位停机出口增加模拟量>90%闭锁，延时10秒出口；

⑼剪断销信号改直接出口落门停机为105%过速闭锁落门停机；

⑽水封温度保护出口加流量闭锁（定值每小时10立方米）；

⑾增加LCUI/O自检，防止LCUI/O失电或故障时误判被监视的调速、励磁、保护等装置电源全停而启动紧急停机；

⑿增加机组逆功率保护（5%，30”），发电机过电压保护双重化；

⒀优化温度保护：所有瓦温保护（推力、上导、下导、水导）全部由紧急停机改为快速停机，防止紧急停机在解列后机组过速时瓦温进一步升高；所有瓦温常规保护（推力、上导、下导、水导）测温模块增加断线、断电闭锁功能；

⒁将推力瓦温由单点停机改为分组两点停机，以防止测温故障；上导、下导、水导瓦温保护维持单点停机；

⒂操作员站增加对纯水系统、推导外循环泵、水导外循环泵、主变冷却器、大轴密封水泵、高压油泵、压油泵装置的运行监视画面，增加远方故障复位和手动再启动功能。

4结论

(1)由于三峡机组单机容量大，辅助系统多，技术复杂，因此在投产初期因辅助系统故障造成了多次强迫停运，一度机组运行可靠性较低。但是三峡机组主机运行安全稳定，未发生因主机故障引起的强迫停运。实践证明，为提高三峡机组运行可靠性所采取的一系列针对性的措施实施以后，机组运行的可靠性得到了明显提高；

(2)进口设备对供电电源的适应性考虑不足，在一路电源消失其自动切换功能、在全部短时消失又迅速恢复时其自恢复功能不完善，因此必须对机组用电的可靠性给与足够的重视，同时应该在设备采购合同中对供电电源的适应性做出明确的规定；

(3)新电厂在投产时由于厂用电系统并未完全形成，必须采取有效措施提高外供电源的可靠性；

(4)由于国内外水机保护理念的不同，导致进口设备的停机条件多，闭锁不完善，容错能力差，因此，在进行设计集成时必须严格审查各子系统的控制、保护、闭锁逻辑，确保各种停机条件的充分、必要和可靠。