（湖北省电力有限公司黄龙滩水力发电厂 湖北十堰 442000）
摘要：通过对水电厂分段关闭装置动作时间及拐点调整过程中存在的问题，分析查找了原因，指出了解决问题的方法，提出了可行性建议和研究方向。
关键词：水电站;分段关闭装置;主令控制器;拐点;关闭时间
一、概述
水电厂分段关闭装置是满足水电厂调保计算的安全保护装置，其目的是防止水锤对水轮发电机组及引水系统的伤害。它要求在开始阶段机组以较快的速度关闭，在导叶关到一定程度后以一个较前一段关闭速度慢的速度关闭至机组全关。在水轮发电机组紧急事故时能够实现对水轮机的两段关机，以满足机组在甩负荷时最大转速上升率、引水钢管蜗壳水压上升率满足设计规及调保计算要求，从而有效保障水轮发电机组、引水建筑物的安全。而分段关闭拐点的优化设计、定值的合理整定是分段关闭装置正确动作和满足水电厂调保计算的重要基础。
黄龙滩水力发电厂2号厂房扩建机组容量2×170MW，采用发变组单元接线，通过220kV线路并入电网系统2005年6月投产发电。采用天津阿尔斯通混流式水轮发电机组，调速器为PPWT系列微机调速器。水轮机调节系统设置分段关闭装置，实现机组两段关机。设计全程快关时间为6s，带分段关闭装置的关机时间10.8s，拐点调整范围52%~54%，以满足水轮发电机组调保计算的要求。
二、分段关闭装置及主令控制器原理
分段关闭装置：调速器分段关闭装置根据功能需求安装于调速器接力器关机腔，其功能是发电机组在紧急情况下实现对水轮机调速器系统两段关机的要求，以满足水轮发电机组调保计算的要求。机组正常运行中要求当导叶实际开度大于分段关闭拐点值时将分段关闭装置退出，当导叶实际开度小于分段关闭拐点值时将分段关闭装置投入。机组运行中遇到紧急情况甩负荷时，能在分段拐点以上快速关闭导叶，拐点以下分段关闭装置投入以较慢的速率关导叶至全关位置，以满足水轮发电机组转速上升率和压力钢管水压上升率满足水轮机调保计算要求。
主令控制器（凸轮）：为分段关闭装置提供启动信号源。主令控制器一般由凸轮、触点、传动机构、齿轮减速机构和箱体等组成。水电厂主令控制器一般为自动装置提供不同的位置触点信号以达到不同的控制目的。主令控制器各触点定义有：全关以下、全关以上、空载以下、空载以上、分段关闭拐点信号、全开信号等。
三、问题提出
黄龙滩水电厂于2019年冬季对3号机组进行B级检修，期间更换了调速器电气控制系统及油系统，对分段关闭拐点定值进行校核以及对相应主令控制器（凸轮）拐点信号进行调整以满足要求。在实际测试中发现每次测得的拐点实际动作值都有偏差，不能稳定在一定范围之内，导致关闭时间与设计标准也存在一定偏差，难以实现精确定位。
四、过程及原因分析：
1.调速器全程快关时间的整定（不带分段关闭）
水轮机接力器（导叶）全程快关时间，即分段关闭不投的时间应满足设计要求。全程快关时间及速率的调整一是通过调整主配压阀与紧急停机回路节流实现；二是调整接力器关机腔内分段关闭装置节流孔实现。
接力器快关时间为接力器起始动作时间t1和接力器全关时刻时间t2的差值，即：T = t2 - t1
2.带分段关闭装置关闭时间的整定
投分段关闭的全程关闭时间，包括快关段时间和慢关段时间，即：快关段（拐点以上）行程时间和慢关段（拐点以下）行程时间之和。时间的调整是通过对拐点的定值整定和油路通油量调整共同配合来实现的。而拐点的动作值是通过主令控制器的凸轮位置调整实现的。当拐点定值增大，拐点投入提前，快关段时间变短，慢关段时间变长，全程关机总时间变长，会影响机组甩负荷时转速上升率增大，水压上升率减小，如果调整不当，会导致转速升高率超过设计允许值，威胁机组安全；当拐点定值减小，拐点投入滞后，则快关段时间变长，慢关段时间变短，总关机时间变短，会影响机组甩负荷时转速上升率减小，水压上升率增大，如果调整不当，会导致水压上升率超过设计允许值，对水轮机导水机构产生威胁及不良影响。所以调整的结果应选取一最优拐点值使机组转速上升率、水压上升率均满足水轮机调保计算设计要求，确保机组安全运行。
关于全程快关时间的调整（不带分段关闭）：通过调整调速器主配压阀开关机腔节流孔实现的。带分段关闭的全程快关时间的调整：通过调整分段关闭节流阀及主令控制器凸轮实现。
3.试验检验误差原因分析
因为对分段关闭装置动作时间的计算单位要精确到毫秒级，所以在计算关闭时间时难免存在计算误差。误差产生的原因主要有以下几点因素：
1）人为因素
人为选取时间点存在误差，即人为截取接力器动作始末时间的定位不同会影响时间计算的精确性；
2）仪器测量因素
仪器检验功能受限制，水轮机调速器仿真仪只能够录制拐点动作曲线，不具备自动录制起始时间点计算关闭时间的功能，给人为计算造成不利因素。
3）设备本身结构原因产生的死区误差
主令控制器（凸轮），动作（返回）死区较大。
4.减小误差的方法
1）从客观角度减小人为因素对导叶关闭时间测试误差的干扰，以提高时间计算的准确性。如通过关闭直线的斜率换算整个直线段的时间区间。分四步进行：计算快关段时间，随机选快关直线段中间部分两点，通过两点时间差和开度差换算整个快关段时间，选不同位置点重复3次，计算快关段平均值；2）计算慢关段时间，随机选慢关直线段中间部分两点，通过线性度换算整个快关段时间，选不同位置点重复3次，计算慢关段平均值；3）取快关段平均时间和慢关段平均时间之和即为全程关闭时间。计算公式：
T1=（t2-t1）/（y1-y2）*100%
T2=（t4-t3）/（y3-y4）*100%
T= T1+ T2
将计算结果T与直接选取接力器动作始末时间差T0作比较，应基本保持一致，以此也可检验斜率计算结果是否正确，T与T0两值越接近越好，说明测得的值和计算的值越接近于真实值。
2）完善实验仪器测试检验功能。通过升级水轮机仿真仪测试终端软件功能，使之具备自动计算导叶关闭时间功能，消除试验计算中的人为主观因素，使时间计算更客观、更准确。
3）扩展电气拐点信号：由于改造后的调速器电气控制系统配置双套独立的PLC，双套PLC互为冗余，每套PLC配置一路独立的导叶行程编码器，极大地提高了控制系统的可靠性。可以在PLC程序中通过导叶开度实时值整定一组电气控制输出开关量（拐点）信号送机组现地监控LCU，在现地监控LCU进行逻辑组态，完善防误闭锁功能，现地监控LCU接收到此信号后迅速响应驱动分段关闭装置相应动作或复归，以提高分段装置动作可靠性。通过机组无水试验调整调速器PLC的电气拐点信号整定值以满足调保计算要求。
五、改进建议及下一步思考
为分段关闭装置提供启动信号源的主令控制器动作及返回死区较大，每次动作及返回值都存在偏差，影响分段关闭装置拐点动作准确性，导致全段关闭时间不能满足调保计算要求。建议对相关市场进行调研，对主令控制器进行合理选型以满足精确定位要求，为提高水电厂发供电设备可靠性和实现智慧电厂建设打好坚实基础。
参考文献
[1] PPWT微机式冗余PLC控制水轮机调速器技术说明书（武汉三联公司）.
[2] GB8564-2003水轮发电机组安装技术规范.
[3] Q GDW 11067-2013 水轮机检修导则.
作者简介
刘朝贵（1975-），男，湖北十堰人，高级工程师，研究方向：水电厂自动化，水电厂检修维护工作。