一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法

摘要

一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法，根据巨型水轮机机组调速器导叶开度给定和导叶开度变化的规律特征，对连续设定值D个，调速器主接跟随故障逻辑判断程序执行周期的导叶开度给定与导叶开度、导叶开度与N个扫描周期前导叶开度进行相应阈值判断，快速准确的判断巨型水轮机调速器在各个运行模式、运行状态下调节过程是否正常，对非正常的调节做出反应，快速切至调速器备用控制器。稳定机组当前运行个模式或运行状态，以确保巨型水轮发电机组安全可靠稳定运行。本发明一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法，解决了水轮机调速器接力器传感器损坏、脱扣、断线，主配压阀传感器损坏、断线、主配压阀发卡等故障等情况下调速器调节失控的问题。

说明书

技术领域

本发明一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法，涉及水轮机调速器控制领域。

背景技术

水轮机调速器是调节水轮机转速的设备，是水轮发电机组重要附属设备之一，能使机组转速保持恒定并承担启动、停机、紧急停机、增减负荷等任务。调速器控制器是水轮机调速器控制系统的核心设备，对被控设备各个环节故障定位和判断至关重要，一旦故障定位和判断方法不科学或不完备，将会对巨型水轮机组本身操作较大伤害，输电网的安全稳定也造成极大威胁，严重时可能导致系统低频振荡，甚至电网解列。尤其是调速器失控可能操作机组转速飞逸，甚至存在水淹厂房的风险。目前调速器导叶开度测量环节故障或者主配压阀发卡可能导致此类事故的发生，存在较大的安全隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法，解决了水轮机调速器接力器传感器损坏、脱扣、断线，主配压阀传感器损坏、断线、主配压阀发卡等故障等情况下调速器调节失控的问题。该方法完善了水轮机调速器主接跟随故障容错机制，尤其是机组处于并网运行时，稳定机组的负荷，以确保巨型水轮发电机组安全可靠稳定的运行，进一步完善了调速器主接跟随故障判断容错逻辑，满足巨型水轮发电机组调速器对接力器调节过程的安全性和可靠性要求。

本发明采取的技术方案为：

一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法，根据巨型水轮机机组调速器导叶开度给定和导叶开度变化的规律特征，对连续设定值D个，调速器主接跟随故障逻辑判断程序执行周期的导叶开度给定与导叶开度、导叶开度与N个扫描周期前导叶开度进行相应阈值判断，快速准确的判断巨型水轮机调速器在各个运行模式、运行状态下调节过程是否正常，对非正常的调节做出反应，快速切至调速器备用控制器。稳定机组当前运行个模式或运行状态，以确保巨型水轮发电机组安全可靠稳定运行，

所述设定值D取值为300。

所述N取值为25。

一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法，包括以下模块：

模块①：获取导叶开度给定和导叶开度；

模块②：导叶开度启动判定；

模块③：导叶开度给定与导叶开度启动阈值的判定；

模块④：连续设定值D个调速器主接跟随故障逻辑判断程序执行周期的导叶开度与N个扫描周期前导叶开度的阈值判断；

模块⑤：主接跟随故障中间输出计数。

本发明提供一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法，技术效果如下：

1）：对调速器整个控制过程进行监视和故障判断，包括在各个运行模式、运行状态下调速器调节过程是否正常，对非正常的调节做出反应，快速切至调速器备用控制器，稳定巨型水电机组当前运行个模式或运行状态，完善了水轮机调速器主接跟随故障容错机制，尤其是机组处于并网运行时，稳定机组的负荷，以确保巨型水轮发电机组安全可靠稳定的运行。

2）：所述设定值D取值为300；所述N取值为25。 对于当前巨型水电站调速器电调控制器信号采集扫描周期一般为10ms，选取值为300个扫描次数，即对主接跟随故障判断方法持续时间为3S，所述N取值为25，当前调速器控制器信号采集的导叶开度值与N个扫描周期前的导叶开度比较，进一步说明250 ms内两次比较的导叶开度差值，若选择N偏大，调速器开关导叶速率受导叶三段关闭约束，出现误报主接跟随故障的概率较大，若选择N偏小，调速器开关导叶的全行程中出现主接跟随故障拒报的概率较大，不能有效起到故障判断的目的，对N取值为25，通过多次现场试验调试得出经验值，推广性具有极大意义，当然所述设定值D和N可以结合现场实际情况整定。

3）：模块②通过调速器电调控制器采集的导叶开度信号实时值（模拟信号）、当前主用控制器信号（开关信号）、紧急停机阀投入信号（开关信号）、机手动信号（开关信号），模块①获取导叶开度实时值与设定值A比较，当导叶开度实时值大于设定值A时输出值与上述开关信号 “相与”满足逻辑判断条件即输出，所述控制器，当前巨型水电站调速器电调控制器采取A套和B套对称冗余配置，采集信号完全一致，主用控制器参与调速器控制，备用控制器仅参与信号采集，一旦主用套控制器故障无扰切换至备用套，调速器操作方式一般为自动方式、电手动方式、机手动方式；所述设定值A取值为5%，当前调速器控制器对设定值A作为机组空载状态判断条件之一，即当导叶开度实时值大于设定值A时作为机组空载状态判断必要条件，选取设定值A为5%，结合巨型水电机组对运行水头、安全运行考虑，当导叶开度大于5%开度时机组将发生转动，当然所述设定值A可以结合现场实际情况整定。

4）: 模块③通过调速器电调控制器采集的导叶开度信号实时值，调速器处于功率模式下电调控制器通过监控下发LCU有功功率根据水头功率协联表计算得出导叶开度给定或调速器处于开度模式下监控LCU根据水头功率协联表计算得出导叶开度给定并下发至调速器电调控制器，进一步导叶开度与导叶开度给定的差值绝对值大于设定值B，即导叶开度给定与导叶开度启动阈值的判定，设定值B取值为3%，基于调速器开关导叶速率受导叶三段关闭、故障切换机组负荷波动大小等因素约束，然所述设定值B可以结合现场实际情况整定。

5）: 模块④通过当前调速器控制器信号采集的实时导叶开度值与N个扫描周期前的导叶开度比较，进一步说明当前周期采集的实时导叶开度与N个扫描周期前的导叶开度的绝对值小于设定值C，即连续设定值D个调速器主接跟随故障逻辑判断程序执行周期的导叶开度与N个扫描周期前导叶开度的阈值判断，所述设定值C取值为0.2%，基于调速器开关导叶速率受导叶三段关闭、故障切换机组负荷波动大小等因素约束，当然所述设定值C可以结合现场实际情况整定。

6）: 模块⑤对故障综合判断的输出，有效防止主接跟随故障因信号采集迟缓、信号抖动等因素误报。

附图说明

图1为本发明系统功能逻辑原理图。

图2为巨型水轮机机组调速器导叶开度给定变化的规律特征图。

具体实施方式

一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法，根据巨型水轮机机组调速器导叶开度给定变化的规律特征，如图2所示。正常情况下对于巨型水轮机组，导叶开度的变化随导叶开度给定变化而变化，从而达到调节机组功率控制目的和跟踪性能要求，进一步当导叶开度给定阶跃增加，考虑到调速器液压执行环节、导水机构环节、水锤效应等因素，调速器电调控制器以并联PID控制策略输出开导叶命令，调速器液压执行机构驱动接力器向开方向运动，进而实时采集接力器行程上送调速器电调控制器，通过控制器根据导叶开度与接力器行程协联计算出实时导叶开度，从而实现闭环控制，即采集的导叶开度跟随导叶开度给定增加而增加，机组有功功率相应增加，反之亦然。

导叶开度给定：一般通过两种情况计算获得，一种当调速器调节方式处于功率模式下电调控制器通过监控LCU下发的有功功率，根据水头与功率协联表计算得出导叶开度给定；另一种当调速器调节方式处于开度模式下监控LCU根据水头与功率协联表计算得出导叶开度给定，进而监控LCU将导叶开度给定下发至调速器电调控制器。

导叶开度：是指导叶出口边与相邻导叶之间的最短距离。

对连续设定值D个，调速器主接跟随故障逻辑判断程序执行周期的导叶开度给定与导叶开度、导叶开度与N个扫描周期前导叶开度进行相应阈值判断，快速准确的判断巨型水轮机调速器在各个运行模式、运行状态下调节过程是否正常。调节方式包括频率模式、开度模式、功率模式三种，调速器控制方式一般为自动方式、电手动方式、机手动方式三种，水轮机组运行状态停机态、开机过程、空转、空载、并网态、停机过程。对非正常的调节做出反应，快速切至调速器备用控制器。当前巨型水电站调速器电调控制器采取A套和B套对称冗余配置，采集信号完全一致，主用控制器参与调速器控制，备用控制器仅参与信号采集，一旦主用套控制器采集调速器大故障无扰切换至备用套，如调速器主接跟随故障。

所述设定值D取值为300。所述N取值为25。

该方法包括以下模块：

模块①：获取导叶开度给定和导叶开度；模块①采用PCC控制器模拟量输入模块、PCC控制器开关量输入模块及模入信号处理模块、开关量信号输入后处理模块。

模块②：导叶开度启动判定。模块②采用大于比较器、与门等软件构成。

模块③：导叶开度给定与导叶开度启动阈值的判定；模块③采用求和点、ABS函数模块、大于比较器等软件构成。

模块④：连续设定值D个调速器主接跟随故障逻辑判断程序执行周期的导叶开度与N个扫描周期前导叶开度的阈值判断。模块④采用求和点、ABS函数模块、小于比较器等软件构成。

模块⑤：主接跟随故障中间输出计数。模块⑤采用计数器、或门等软件构成。

进一步来讲：

模块①：导叶开度获取，是通过现地位移传感器测量调速器接力器行程转换为4~20mA电流信号上送调速器电调控制器模拟量输入模块，进而通过控制器根据导叶开度与接力器行程协联计算出导叶开度；导叶开度给定获取：一般通过两种情况计算获得，一种当调速器调节方式处于功率模式下电调控制器通过监控LCU下发的有功功率，根据水头与功率协联表计算得出导叶开度给定；另一种当调速器调节方式处于开度模式下监控LCU根据水头与功率协联表计算得出导叶开度给定，进而监控LCU将导叶开度给定下发至调速器电调控制器。

模块②：根据调速器运行在当前主用控制器、调速器运行在非机手动操作模式、紧急停机阀未投入，导叶开度大于设定值A作为导叶开度判定环节，进而作为调速器主接跟随故障判断逻辑条件之一。所述设定值A取值为5%。

模块③：导叶开度给定与导叶开度差值的绝对值大于设定值B启动阈值条件后，满足启动阈值后，作为调速器主接跟随故障判断逻辑条件之一，进而判断调速器调节功能是否异常的必要条件。所述设定值B取值为3%。

模块④：根据设定参数计算调速器当前导叶开度与N个扫描周期前导叶开度的差值的绝对值，即调速器导叶开度的变化率，然后判断导叶开度变化率是否在设定值C的阈值参数范围内，可以实现调速器调节过程判断的功能，作为调速器主接跟随故障判断逻辑条件之一。所述设定值C取值为0.2%。

模块⑤：具备连续计算扫描周期内次数是否满足主接跟随故障判断逻辑条件设定值D个周期，满足设定值D个周期后调速器将主接跟随故障输出，具备能够安全切换调速器备用控制器的运行方式，尤其是机组处于负载态时稳定机组负荷，能有效防止负荷大幅波动的功能；进而在设定值D个周期内，若连续计算扫描周期内有一次不满足主接跟随故障判断逻辑条件或永久故障处理后人为故障复归将清零计数器，监视调速器调节过程功能是否正常，有效防止主接跟随故障误报。

具体实施例：

某年11月27日00点41 分某大型水电站左岸6号机组在监控系统报如下系列异常信号：“6F调速器自动复归”、“6F调速器开度调节方式动作”、“6F调速器功率调节方式复归”、“6F调速器模拟量功率给定方式复归”、“6F 调速器A机在线动作”、“6F 调速器B机在线复归”、“6F 机组有功开环模式投入动作”、“6F调速器开度调节方式动作”、“6F停机条件满足复归”、 “6F停机条件满足动作”、“6F 调速器电气柜A套在线动作”、“6F 调速器电气柜B套开度模式动作”、“6F 调速器电气柜B套手动工况动作”、“6F 调速器模拟量功率给定方式复归”、“6F 调速器电气柜B套主接跟踪故障”；

00:41 运行人员现场检查6F调速系统由 “B套”切至“A套”、“自动”运行，6F有功由700MW突增至750MW（A套导叶开度71.5%），维护人员赶到现场应急处理，初步判断为调速器主接力器B套位移传感器滑块脱落导致，同时运行人员通过调速器A套调节出力，将6F出力减至700MW（A套导叶开度66.8%）；申请倒换机组停6F机组，维护人员立即处理B套主接力器位移传感器故障，其脱落因机组长期振动导致螺母松动而脱落；现场将B套主接力器位移传感器重新回装并调整，同时检查B套接力器位移采样值数值正常，且调速器A、B套可正常切换，设备恢复正常。

维护人员查看趋势分析系统历史数据和历史事件，故障前6F调速器处于“B套”、“自动”运行，调节方式为功率模式，B套导叶开度为67.3%，B套导叶开度开度给定为67.5%，机组有功功率为700MW，对于巨型水轮机调速器来讲，主配压阀中位处于偏关位置，即调速器处于开环时导叶会缓慢回关，由于主接位移传感器滑块脱落，实际导叶开度仍维持在67.3%，由于主配位置偏关导叶将慢慢回关一定程度即超出功率调节死区，同时机组实发有功功率将略微变小，此时导叶开度给定根据监控LCU下发的有功重新计算分配新的导叶开度给定，其目的是将有功功率调节至700MW，此时调速器导叶将会朝导叶开的方向定值，由于导叶开度给定与实际导叶开度始终存在差值，导致此时导叶开度给定根据监控LCU下发的有功再次重新计算分配新的导叶开度给定，达到一定程度时（即当时导叶开度给定为70.3%）导叶开度给定与导叶开度差值的绝对值大于设定值3%启动阈值条件后，满足启动阈值后，同时根据设定参数计算调速器当前导叶开度与25个扫描周期前导叶开度的差值的绝对值，即调速器导叶开度的变化率，然后判断导叶开度变化率是否在设定值0.2%的阈值参数范围内，因为导叶在此期间变化率为0，同时也满足300个扫描周期，故成功报出调速器B套主接跟随故障，有效避免功率过大波动，防止事故的扩大，保障发电机组和电力系统安全稳定运行。