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溪洛渡水電站115％過速保護設計與實施方案

文檔作者：田源泉楊張斌胡洪軍汪林文檔來源：溪洛渡水力發(fā)電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年06月03日
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收稿日期：2014-07-31
作者簡介：田源泉（1988-），男，技術員，從事水電廠自動化維護
工作。
溪洛渡水電站115 %過速保護設計與實施方案
田源泉，楊張斌，胡洪軍，汪林
（溪洛渡水力發(fā)電廠，云南永善657300）
摘要：詳細介紹了溪洛渡115 %過速保護設計與實施情況。通過機組轉速大于115 %且主配不在關位為主要判斷
條件，再加入機組并網(wǎng)態(tài)、導葉空載位置以下等信號進行必要閉鎖，提高信號可靠性，防止誤動作。各條件滿足后經(jīng)
過一個防誤動延時模塊，輸出水輪機一級過速保護信號。文中詳細說明了防誤動延時時間確定方式和主配不在關位
時微動開關最優(yōu)安裝與調整安裝方法。
關鍵詞：調速系統(tǒng)；115 %過速；主配不在關位
中圖分類號：TV734.4 文獻標識碼：B 文章編號：1672-5387（2014）05-0048-03
1 引言
對于水電廠而言，水輪機發(fā)電機組的過速事故
的危害是巨大的。由于過速的時候巨大的離心力會
造成機組的震動、擺度急劇增大，甚至有可能會使得
機組轉動部分與固定部分碰撞，造成生產(chǎn)設施和人
員的嚴重損失。為了防止機組過速事故，溪洛渡水電
站機組設置了三級過速保護。
（1）一級過速為“機組轉速大于115 %額定轉速
且主配不在關位”。也就是說正常甩負荷情況下，調
速器通過動作主配使機組進入空轉態(tài)。只有在轉速
大于115 %且主配未正常動作的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)
通過動作事故配壓閥來關閉導葉，實現(xiàn)二類機械事
故停機。
（2）二級過速為“機組轉速大于145 %額定轉速”。
該轉速信號來自調速系統(tǒng)轉速測量裝置，監(jiān)控系統(tǒng)
通過動作事故配壓閥來關閉導葉，實現(xiàn)二類機械事
故停機。
（3）三級過速為“電氣轉速大于148 %額定轉速
或純機械過速裝置動作（轉速大于150 %額定轉速）”，
該信號直接觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)一類機械事故停機，監(jiān)控
系統(tǒng)緊急關閉上游取水口快速門，并且純機械過速
裝置會通過液壓裝置動作事故配壓閥來回關導葉。
由于機組在甩負荷的時候轉速經(jīng)常超過115 %
額定轉速，主配壓閥位移量小，主配不在關位微動開
關調整較困難，并且調速器通過PID 規(guī)律來調節(jié)主
配壓閥，這些因素導致一級過速保護出現(xiàn)誤動的可
能性較大。為了確保機組甩負荷后一級過速信號可
靠動作，溪洛渡水電站對一級過速保護作了如下處理。
2 溪洛渡水電站主配不在關位保護的觸發(fā)邏輯
如下頁圖1 所示，由于機組在并網(wǎng)的狀態(tài)下轉
速不可能超過115 %，故轉速信號閉鎖非并網(wǎng)態(tài)可
以提高信號的可靠性。當機組轉速1 （來自A 套
PCC）大于115 %、機組轉速2（來自B 套PCC）大于
115 %、轉速測量裝置>115 %，開關量動作三個條件
任意一個滿足，且機組不在并網(wǎng)狀態(tài)時，判機組轉速
大于115 %額定轉速。機組甩負荷過速后，調速器迅
速將導葉關至空載開度以下，但是主配受調速器
PID 規(guī)律控制，可能會在機組轉速尚未降至115%Ne
以下就不在關位了。因為導葉在空載位置以下，此種
情況不存在機組飛逸的危險，一級過速保護不應該
動作，故加入導葉空載位置以下條件來閉鎖一級過
速保護。只有在轉速大于115 %、主配不在關位、導
葉開度空載以上都滿足，再經(jīng)過一個防誤動作延時
模塊后，才觸發(fā)水輪機一級過速保護。
由于水輪發(fā)電機組正常運行時，主配頻繁調節(jié)
導致主配不在關位，信號在監(jiān)控系統(tǒng)中頻繁刷屏，不
利于運行人員監(jiān)屏。故對該信號在監(jiān)控系統(tǒng)中的報
警庫中用機組轉速大于105 %額定轉速作閉鎖，也
就是說：主配不在關位，信號在主配平時調節(jié)時不報
警，只有在轉速大于105 %后才報警，這樣更有利于
運行人員監(jiān)屏。
第37 卷第5 期水電站機電技術Vol.37 No.5
2014 年10 月Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower 48 Station Oct.2014
水輪機一級過速保護邏輯確定后，需要解決延
時模塊延時時間的確定和主配不在關位測量節(jié)點的
安裝問題。下文將詳細說明這兩點。
3 溪洛渡水電站主配不在關位防誤動延時濾
波時間的確定
由于甩負荷后主配受PID 調節(jié)規(guī)律控制，導致
一級過速保護信號誤動作的可能性較大，在信號的
出口位置需要加一個延時濾波處理，延時時間過短
將起不到消除誤動的作用，而延時時間過長則有可
能使得該信號動作不及時或拒動。為了確定該延時
時間，溪洛渡水電站選用了某臺機組某次甩700 MW
負荷試驗數(shù)據(jù)作如了下分析，并參考三峽水電站長
期運行經(jīng)驗時間，最終確定了主配不在關位且機組
轉速大于115 %額定轉速防誤動作延時時間。
如圖2 所示為溪洛渡水電站某臺機組甩700 MW
負荷時調速器錄波所得數(shù)據(jù)，由下及上依次為發(fā)電
機出口斷路器位置信號（1：合閘，0：斷開）、主配位置
信號（0 為中位，正方向偏開，負方向偏關）、機組頻
率信號（實際頻率放大1 000 倍）、導葉開度（0-10 000
對應0 %-100 %開度）。由試驗數(shù)據(jù)得出，在該機組
帶滿負荷運行時，當電網(wǎng)故障導致機組與電網(wǎng)解列，
主配壓閥在0.23 s 后到達最大關位，轉速在1.92 s
以后大于115 %額定轉速，14.17 s 后主配逐漸離開
全關位置，20.29 s 后轉速才下降至115 %額定轉速以下。
記水輪發(fā)電機組帶最大負荷時出口斷路器斷開
的瞬間轉速上升率為α0，其計算公式為：
其中n 為水輪發(fā)電機組相對轉速百分比，依據(jù)
機組甩負荷錄波試驗數(shù)據(jù)容易計算得出α0 約為
5.905 %Ne/s。
如圖3 所示，假設機組甩負荷后主配未及時動
作，導葉開度維持當前開度不變，轉速按照圖3 中虛
線所示上升。以初始轉速上升率α0 作保守計算機
組轉速上升至115 %和148 %所需要的時間。不難
得出歷時t1（2.54 s）以后轉速達到115 %額定轉速；
歷時t2（7.62 s）以后轉速達到148 %額定轉速（溪洛
渡電站二級過速保護值）；二者時間相差Δt12=5.08
s。而發(fā)電機出口斷路器動作后，主配壓閥需要0.23
s 反應時間（此處以主配全關來代替主配在關位作
保守計算），也就是說一級過速防誤動延時時間應在
0.23-5.08 s 之間選擇。
借鑒三峽水電站700 MW 機組長期穩(wěn)定運行經(jīng)
驗，其一級過速保護防誤動作延時時間為1.5 s。故
綜上所述，結合以往經(jīng)驗，溪洛渡水電站主配不在關
位防誤動作延時時間暫定為1.5 s。
4 溪洛渡水電站主配不在關位微動開關位置
節(jié)點的整定
圖1 主配不在關位的保護邏輯框圖
圖3
圖2
t/s
田源泉，等：溪第 5 期 洛渡水電站115 %過速保護設計與實施方案 49
主配不在關位信號來自主配微動開關直采信
號。如圖4 所示，主配閥芯在中間是中位，閥芯向上
移動是關位，閥芯向下移動是開位。主配閥芯與梯形
反饋擋塊相連接，當主配位于中位或開位時，微動開
關被梯形擋塊壓住，主配不在關位動作；當主配向關
位移動時，梯形擋塊離開微動開關，主配不在關位信
號復歸。
因為調速器主配壓閥閥芯位移量小，位置反饋
微動開關調整難度大，故以主配位置來衡量微動開
關調整是否到位難度大。溪洛渡水電站以導葉不動
時主配不在關位微動開關動作，導葉開始回關開始，
回關2 %個開度以內(nèi)該開關復歸作為調整后的檢驗
標準。
如圖5 所示，為了盡可能的使得該微動開關更
靈敏，應該使得微動開關固定后與水平線呈向下傾
斜的角度，記該角度為α。主配位移反饋擋塊斜面
與主配移動軸線的夾角為β，當主配位移量為Δl
時，微動開關位置探測桿的移動量為Δx。不難得出
以下關系式：
即主配微動開關探測桿伸縮量與主配位移量以
及微動開關安裝夾角存在以下關系：
β 角度在設備制造時已經(jīng)確定，約為9.5 °，故
α 取值在0 °到80.5 °范圍之內(nèi)選取。但考慮到微
動開關的實際安裝位置，α 取值應在0 °到60 °
之間。
假設微動開關完全水平安裝，即α=0 °，可計
算出Δx0=0.167Δl；假設微動開關按照向下傾斜60°
安裝，則Δx1=0.471Δl；Δx1/Δx0=2.82。由此可見，
在主配位移量相同的情況下，微動開關向下傾斜
60 °安裝比水平安裝探測分辨能力提高了2.82 倍。
故主配不在關位微動開關應向下傾斜與水平面成
60 °夾角安裝為宜。
5 結語
上述方案實施后，經(jīng)溪洛渡水電站多臺機組實
際應用檢驗，取得了滿意的效果。在調速器正常的情
況下做甩負荷試驗時，沒有發(fā)生機組甩荷轉速上升
而導致的一級過速誤動作，有效避免了不必要的緊
急停機，減少了機組的磨損。而在機組正常運行過程
中也能保證機組的穩(wěn)定性和可靠性，事實證明本方
案是可行和可靠的。
參考文獻：
[1]魏守平.水輪機調節(jié)[M].武漢：華中科技大學出版社，2009.
[2]魏守平.水輪機控制工程[M].武漢：華中科技大學出版社，
2009.
圖5
圖4
50 水 電 站 機 電 技 術 第37卷

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