水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軸瓦溫度保護(hù)停機(jī)策略分析

彭德民，劉德龍

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京100038）

1 引言

水力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件之間由軸承銜接，機(jī)組的軸向負(fù)荷由推力軸承承擔(dān)，機(jī)組的徑向負(fù)荷分別由上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承及水導(dǎo)軸承承擔(dān)[1]。水電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，軸瓦與轉(zhuǎn)軸之間有油膜起潤滑作用，軸瓦溫度較為穩(wěn)定；當(dāng)機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)異常，軸瓦與軸承發(fā)生摩擦?xí)r，軸瓦溫度會(huì)急劇升高。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)收到軸瓦溫度報(bào)警信號(hào)后，需及時(shí)做出準(zhǔn)確判斷，啟動(dòng)水力機(jī)械事故停機(jī)流程，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 監(jiān)控系統(tǒng)軸瓦溫度上升原因分析

水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度信號(hào)通過安裝在軸瓦中的測(cè)溫電阻經(jīng)由測(cè)溫電纜接入測(cè)溫裝置。測(cè)溫裝置可以是監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元的PLC 溫度量采集模塊，也可以是獨(dú)立的溫度量巡檢設(shè)備，以上設(shè)備將軸瓦溫度上送至LCU，LCU 再將信號(hào)轉(zhuǎn)送至監(jiān)控系統(tǒng)廠站層設(shè)備供電廠運(yùn)維人員監(jiān)視。

造成監(jiān)控系統(tǒng)軸瓦采集信號(hào)上升報(bào)警的原因主要有兩類：①機(jī)組發(fā)生機(jī)械事故，軸瓦溫度真實(shí)升高；②由于溫度采集裝置故障或溫度采集回路異常，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)采集信號(hào)越限報(bào)警。以下介紹造成軸瓦溫度越限報(bào)警的幾個(gè)主要原因。

2.1 機(jī)械事故瓦溫越限原因分析

（1）機(jī)組冷卻水異常，包括機(jī)組冷卻水正反轉(zhuǎn)切換以及冷卻水管路淤堵導(dǎo)致的冷卻水中斷[2]。

（2）潤滑油系統(tǒng)故障，包括潤滑油油壓、油位異常及潤滑油油混水或潤滑油變質(zhì)變劣導(dǎo)致的潤滑效果下降。

（3）機(jī)組振動(dòng)擺度過大或軸瓦瓦隙調(diào)整不均勻造成的軸瓦摩擦。

2.2 非機(jī)械事故瓦溫越限原因分析

（1）機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)過程中油盆油流對(duì)測(cè)溫電阻測(cè)溫線的沖刷導(dǎo)致測(cè)溫電阻的突變。

（2）測(cè)溫線在引出油盆時(shí)，可能由于布線不當(dāng)造成測(cè)溫線受到油盆蓋擠壓、切斷。

（3）機(jī)組振動(dòng)造成的測(cè)溫回路接線端子松動(dòng)或測(cè)溫回路受電磁干擾造成的測(cè)溫回路信號(hào)突變。

（4）溫度采集模塊故障或與監(jiān)控系統(tǒng)通信故障導(dǎo)致的溫度量信號(hào)突變。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軸瓦溫度報(bào)警停機(jī)邏輯控制策略分析

NB/T35004-2013《水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》中明確了當(dāng)機(jī)組發(fā)生各軸承過熱等水力機(jī)械事故時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)水力機(jī)械事故停機(jī)。同時(shí)，規(guī)范對(duì)各軸瓦測(cè)溫電阻信號(hào)處理方法的可行性予以了肯定。處理方式主要分為以下兩種：

（1）所有的測(cè)溫電阻信號(hào)都接到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的LCU，LCU 只發(fā)溫度報(bào)警信號(hào)，不啟動(dòng)停機(jī)。推力軸瓦、各導(dǎo)軸瓦及定子的部分溫度測(cè)點(diǎn)另有冗余的測(cè)溫電阻接到溫度保護(hù)盤上的數(shù)字式溫度信號(hào)器，該信號(hào)除現(xiàn)地顯示外，尚有觸頭輸出至LCU，在被測(cè)溫度超越第二上限時(shí)經(jīng)適當(dāng)?shù)倪壿嫿M合啟動(dòng)水力機(jī)械事故停機(jī)流程。

（2）取消測(cè)溫保護(hù)盤，不設(shè)置溫度信號(hào)器，所有的測(cè)溫電阻信號(hào)都接到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的LCU，LCU 除了發(fā)溫度報(bào)警信號(hào)外，在推力軸瓦、各導(dǎo)軸瓦及定子的溫度超越第二上限時(shí)經(jīng)適當(dāng)邏輯組合啟動(dòng)水力機(jī)械停機(jī)。

當(dāng)水電站采用上述方式1進(jìn)行測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集及報(bào)警處理時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)宜采用以下邏輯控制策略：

（1）LCU 配置投退壓板，并將壓板投退信號(hào)以開關(guān)量形式引入LCU 作為軸瓦溫升停機(jī)條件之一。當(dāng)機(jī)組檢修或維護(hù)人員排查測(cè)溫元件或測(cè)溫回路時(shí)，將壓板退出，防止事故信號(hào)誤開出造成機(jī)組停機(jī)。

（2）在LCU 判斷程序中，對(duì)溫度信號(hào)器輸出的軸瓦溫度越限信號(hào)做延時(shí)處理，延時(shí)時(shí)間可設(shè)置為1s 左右。該處理可有效地過濾溫度信號(hào)器自身問題或線路干擾造成的抖動(dòng)信號(hào)，防止信號(hào)抖動(dòng)造成的機(jī)組誤停機(jī)。

當(dāng)水電站采用方式2進(jìn)行測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集及報(bào)警處理時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)宜采用以下邏輯控制策略：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元LCU 配置的溫度量采集模塊一般均自帶溫度量信號(hào)采集通道質(zhì)量狀態(tài)位信息，當(dāng)測(cè)溫回路斷線或測(cè)溫電阻阻值范圍超過模塊采集范圍時(shí)（一般為-200～800℃），溫度量信號(hào)采集通道狀態(tài)位會(huì)顯示為錯(cuò)誤。將通道質(zhì)量狀態(tài)作為溫度量越限停機(jī)邏輯計(jì)算的判據(jù)之一，可以有效地剔除信號(hào)采集異常的溫度量。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)LCU 采集到軸瓦溫度信號(hào)后，宜對(duì)溫度值進(jìn)行有效性分析，電廠可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)各軸瓦溫度進(jìn)行可信值范圍設(shè)置。我國大部分水電站均建于南方，因此機(jī)組軸瓦最低溫度均高于0℃，軸瓦運(yùn)行最高溫度一般設(shè)置在130℃左右。當(dāng)LCU 采集到的軸瓦溫度值低于0℃或高于130℃時(shí)，即可認(rèn)為該溫度量采集值不可信。將溫度量可信度狀態(tài)作為溫度量溫升停機(jī)邏輯計(jì)算的判據(jù)之一，可以有效地防止測(cè)溫電阻異常造成的溫升報(bào)警停機(jī)輸出。

（3）機(jī)組運(yùn)行過程中，由于油盆油流對(duì)測(cè)溫電阻測(cè)溫線的沖刷或機(jī)組振動(dòng)引起的接線端子松動(dòng)問題均會(huì)造成軸瓦溫度值的跳變，軸瓦溫度越限導(dǎo)致軸瓦溫升停機(jī)信號(hào)的誤開出。針對(duì)上述情況，LCU 宜對(duì)軸瓦溫度跳變進(jìn)行監(jiān)視及信號(hào)過濾。機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，軸瓦溫度平穩(wěn)上升或是維持在某一正常范圍內(nèi)，即使機(jī)組發(fā)生機(jī)械事故，軸瓦溫度也會(huì)在一定幅值內(nèi)上升，不會(huì)出現(xiàn)測(cè)值跳變現(xiàn)象。因此，在軸瓦溫度值邏輯判斷中，可在一定周期（3s）計(jì)算軸瓦溫度升高幅值，當(dāng)軸瓦溫升幅值超過理論值時(shí)（可設(shè)定為5℃），即對(duì)該軸瓦做梯度閉鎖邏輯操作，不參與溫升停機(jī)邏輯運(yùn)算。

（4）使用軸瓦溫度通道質(zhì)量狀態(tài)位、可信度狀態(tài)位及梯度閉鎖狀態(tài)位信息對(duì)信號(hào)異常的軸瓦溫度進(jìn)行篩選后，LCU 對(duì)有效的軸瓦溫度進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)同一類型軸瓦溫度任意兩點(diǎn)越第二上限時(shí)，LCU輸出停機(jī)信號(hào)，執(zhí)行機(jī)組水力機(jī)械事故停機(jī)流程。同時(shí)，LCU 在輸出停機(jī)信號(hào)時(shí)，宜采用方式1中的配置投退壓板及開出信號(hào)延時(shí)處理的方法對(duì)開出信號(hào)做進(jìn)一步安全閉鎖，提高停機(jī)信號(hào)的可靠性。

4 結(jié)論

軸瓦溫度作為水輪機(jī)組運(yùn)行的重要特征值，在機(jī)組運(yùn)行工況判斷中起到了極為重要的作用。采取縝密的軸瓦溫升停機(jī)控制邏輯對(duì)保護(hù)機(jī)組軸承、軸瓦安全及防止機(jī)組誤停機(jī)起著關(guān)鍵性作用。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作為機(jī)組運(yùn)行維護(hù)的直接設(shè)備，需根據(jù)電廠設(shè)備配置情況對(duì)軸瓦溫度做合理的邏輯判斷處理。本文中方式1和方式2的軸瓦溫度控制邏輯在多個(gè)電廠得到了采用，由軸瓦造成的機(jī)組誤停機(jī)事故鮮有發(fā)生，取得了良好效果。