任亚伟
四川川投田湾河开发有限责任公司 四川成都 610213
摘要：水轮机调速器是水轮发电机组非常重要的辅 助控制设备之一．它的运行品质的好坏直接决定了 机组的安全和稳定运行。降低水轮机调速器的故障 率是提高机组运行可靠性的最行之有效的手段。
关键词：调速器 模件故障 喷针折向器 事故
水轮机调速器作为水电厂的重要设备，对水电站的正常运行起到关键作用，与水电站 能否正常发电的工作密不可分，一旦调速器出现故障，将直接关系到水轮机组乃至电力系统的安全稳定运行，因此水电站工作人员重视水轮机调速器的调试和维护工作，及时调试、检修、维护水轮机调速器，才能最大程度的避免水轮机调速器出现问题，进而保证水电站正常工作。
金窝水电站位于四川省雅安市石棉县境内，是田湾河梯级水电站“一库三级”中的第二级电站，为引水式水力发电站，装机容量为2X140MW，单机容量为目前国内最大的冲击式水轮发电机组，调速器采用六喷针六折结构，其液压阀组机构由武汉事达电气有限公司生产，调速器电柜及其程序由长江三峡能事达电气股份有限公司提供，金窝电站调速器国产化技改工作于2016年10月进行，此产品是施耐德M340系列，PLC于2007年发布，是一款相对成熟产品。从田湾河流域三站6台调速器模件运行相对稳定，未出现过事故。但是随着运行时间的考验调速器程序的不足之处也凸显出来。2020年10月14日，金窝电站2号机组因调速器程序故障发生了一起甩负荷事故。
一、事故的经过
2020年10月14日22:15分，金窝电站J1F机组运行、J2F机组运行，其他标准运行方式。负荷运行方式为实行日内滚动计划，全厂出清664MW，实发664MW，J2F机组负荷113MW。上位机开始频报“金窝2号机组调速器故障动作/复归，1号/2号折向器开度显示全开/全关来回多次切换，2号机负荷在无调整命令情况下波动，且呈现下减趋势。远控值班人员将J2F机组负荷给定值设置为103MW，给定值设为93MW，试图将负荷稳定住，但负荷仍然继续下降。同时上位机不停地报出：金窝2号机组调速器故障/复归，调速器A/B套本机处于主用动作/复归，金窝2号机组调速器故障，单机AGC退出，金窝2号机组调速器1#、2#、4#喷针跟随故障动作、调速器A、B套多喷针故障动作，调速器B套本机事故停机动作，金窝电站总事故动作，事故停机电磁阀动作，随后金窝2号机组进入紧急停机状态。从故障报出到事故停机仅仅只有4分钟的时间。
二、根据监控信息复原调速器动作经过
1、开始频繁报调速器故障复归；但机组负荷、喷针折向器开度正常。
2、1#、2#喷针开度往开的方向增加，此时机组负荷没有变化。
3、1#、2#折向器开度有波动（朝关闭方向，然后全开），机组有功负荷随之波动。左右折向器全关，机组负荷从113MW溜至约80MW。
4、3#、4#折向器全关（此前开度一直正常），机组负荷从80MW溜至约33MW。
5、6#折向器全关（此前开度一直正常），机组负荷慢慢降至0。
6、5#折向器全关（此前开度一直正常），在喷针全关后，然后反复打开。
7、B套报多喷针故障，本机事故。
8、A套报多喷针故障，本机事故。
9、金窝2#机出口开关跳闸，机组事故停机。
三、原因分析
（一）调速器喷针、折向器动作过程原因分析
1.喷针跟随故障的原因
2020年10月14日22:08分（调速器频繁报故障动作、复归）前，A套PLC主用，B套PLC备用。当A套模拟量模件故障时，模拟量喷针开度给定值模拟量输出不正确（异常），根据液压跟随判断逻辑，当喷针实际反馈开度与喷针给定开度之间偏差>3%，立即触发液压跟随判断流程。当连续300个周期（根据PLC执行速度，300个周期约等于6s），液压跟随故障track_error[0]和ndl_fail[0]报出，同时该组喷针与折向器激活信号消失退出运行，程序启动，立即关闭该喷针折向器的隔离阀，喷针和折向器同时关闭。随着喷针的关闭，喷针反馈开度与喷针给定开度偏差值<3%，液压跟随故障自动复归，该组喷针故障信号消失，调速器重新激活6个喷针运行，自动打开隔离阀，并且1#喷针和1#折向器同时开启。当喷针开度给定与喷针开度反馈偏差>3%时启动液压跟随故障判断，再经过约6s时间可以得出故障结论。（液压跟随故障复归逻辑：当偏差<3%或者本机非主用状态自动复归该故障；或者切至手动、或者机组停机、或者触摸屏复归按钮均可以复归该故障。）当液压跟随故障出现时，同时会触发“组喷针故障ndl_fail[0]”。
2.A套故障后，切到B套控制，但B套无法正常控制，导致A、B套来回切换的原因。因A套模拟量模件故障始终存在，在此期间，该故障反反复复出现并偶尔正常，导致喷针、折向器反复开启、关闭。当1#、2#喷针同时液压跟随故障时，调速器从A套主用切换至B套主用。B套在备用时，喷针开度给定是动态跟随喷针开度反馈，所以B套此时不会报液压跟随故障。B套在开机时就已经满足了开启隔离阀条件，脉冲信号已经发出2秒时间，当切换至B套主用时，B套无法再次发出隔离阀开启命令，无法开启已经被A套误关闭的喷针折向器。B套主用后，根据负荷需要，仍执行6个喷针运行方式，此时B套检测喷针给定值与实际位置值>3%（因相应的喷针被A套关闭，实际开度为0，而B套按6个喷针正常的运行模式下发喷针的给定值），判断喷针液压跟随故障，又切回至A套控制，导致AB套来回切换。最终引发A、B套双喷针故障，导致调速器事故停机。
3.1--4号喷针、折向器动作原因
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说明：从上图可以看出：1--4号的喷针和折向器都是同时关闭。喷针和折向器同时关闭，是因为隔离阀动作（正常情况下是喷针关闭之后，才关折向器），表明1--4号喷针发生了跟踪故障。查询调速器程序和调速器图册可以看出，A机1--4号喷针模拟量给定控制是同一模件（IC6A）；5、6号喷针模拟量给定控制是另外一个模件（IC10A）。
综合上述分析得出：调速器A套1--4号喷针控制模拟量输出模件全部故障（1号、2号喷针控制模拟量同时故障，22秒后，3号、4号喷针控制模拟量同时故障），被误判断为喷针跟随故障，导致误关闭；5、6号喷针与1-4号喷针控制模拟量输出不是同一模件，5、6号喷针模拟量正常，是正常方式关闭。
（二）原因结论
1.A套模拟量模件故障，是本次事故直接原因。
2.调速器A、B机控制冗余性未达到最优是间接原因。
四、本次事件造成的后果及暴露出的问题
1.金窝电站2号机组非计划停运1次，非计划停运时间12小时45分钟。
2.金窝电站2号机组溜负荷113MW，流域电站实际减出力134MW。抢修期间电量损失约152.95万KWh。
3.调速器A机模件故障，切换B机后不能恢复正常运行，冗余性不优。
4.调速器A机模件故障，无报警信息上报，报警信息不全面。
四、调速器程序修改及运行状况
事故发生后，联系调速器厂家人员到现场下载调速器程序，然后进行优化；?将金窝电站二号机组调速器程序折向器和隔离阀的控制方式由脉冲改为电平信号；并增加PLC模件故障告警信号。程序修改前，在流量模式下模拟10月14日喷针模件故障，重现喷针液压跟随故障，导致A、B机互相切换故障现象。程序修改后，再次模拟仿真试验，在原喷针液压跟随判断逻辑下，A机切至B后，隔离阀能正常打开，不再出现AB来回切换现象。?同时增加在喷针全关、折向器未关情况下延时300S后告警信号和PLC硬件故障告警信号。经过完善调速器程序，金窝2号机组运行至今在未发生调速器故障。
参考资料：
1、《WCT-6/6-6.3冲击式调速器说明书》.武汉事达电气有限公司
2、《YZ-2.5-6.3油压装置说明书》.武汉事达电气有限公司
3、MGC7000系列水轮机调速器用户手册.长江三峡能事达电气股份有限公司