提高开停机成功率的水电机组状态控制方法

技术领域

本发明属于水力发电控制领域，具体涉及一种提高开停机成功率的水电机组状态控制方法。

背景技术

水电机组在频繁为电力系统提供高品质、高精度和迅速反应的调频、调峰等辅助服务的同时也会导致水耗增加，机组稳定性降低，各部件的磨损加大，严重影响机组自动开停机成功率，这就给水电机的自动开停机流程设计和运维水平提出了更高的要求。

目前，水电机组自动开机流程仅有开机至冷却水系统运行、空转、空载和并网4种状态，开机至冷却水系统运行由于操作设备少，仅能检验机组技术供水系统是否正常；而开机至空转、空载和并网3种操作都会使机组转动起来，如果开机时间过早会造成水资源浪费和增加机组磨损，所以水电机组开机操作一般都是根据负荷曲线和开机流程动作时间，提前几分钟发开机令，对于开机流程执行过程中出现的自动化元件故障几乎没有处理时间，很容易造成开机失败和发电计划偏差。

发明内容

通过对巨型水电站9台770MW混流式水轮发电机组近三年自动开停机过程中开停机流程异常退出的原因、分布、故障类型分析，发现影响水轮发电机自动开停机成功率的主要原因是装置故障、继电器故障和控制参数设置不合理，占总不成功次数的80％，其中装置故障主要表现为控制装置故障。自动化元器件因长时间带电运行、使用年限长、所处运行环境振动大，性能逐年劣化，可靠性能降低，水电站中自动化元件故障造成的缺陷几乎占缺陷总量的多半。冷却水系统运行状态下，大多数自动化元件并未运行，而开机至空转态时，水轮机运转，若出现自动化元件故障或机组异常，运维人员不能在短时间内消除故障，则很可能很造成机组发电并网延误，影响执行发电计划，造成水资源浪费。

本发明的目的是针对上述问题，提供一种提高开停机成功率的水电机组状态控制方法，通过在水电机组自动开停机流程中增加一种新的水电机组运行状态——辅助设备运行态，机组状态为辅助设备运行态时，水轮机不转动，机组技术供水系统、调速器液压系统、碳粉吸收装置和油雾吸收装置均运行，以便运维人员及早发现机组元件故障和机组辅助设备异常，及时采取处理措施，提高水电机组自动开停机成功率，避免开机失败和发电计划偏差。

本发明的技术方案是提高开停机成功率的水电机组状态控制方法，水电机组状态包括停机态、冷却水系统运行态、空转态、空载态和并网发电态，还包括辅助设备运行态，所述辅助设备运行态是与冷却水系统运行态、空转态进行状态转移控制的水电机组状态；水电机组状态为辅助设备运行态时，机组技术供水系统、调速器液压系统、碳粉吸收装置和油雾吸收装置均运行；水电机组由停机状态开机并网发电的控制过程中，在水电机组状态经空转态转移到并网发电态前，先控制水电机组状态由停机态经冷却水系统运行态转移到辅助设备运行态，水电机组处于辅助设备运行态运行一段时间后，再控制水电机组状态切换至空转态，以提前发现影响水电机组正常开机的元件故障，便于采取故障处理措施，使水电机组发电计划不受影响。

所述辅助设备运行态的子状态具体包括：1)机组技术供水系统运行，2)机组转速为0，3)调速器液压系统运行正常，4)导叶全关，5)调速器自动锁锭为投入状态，6)断路器分闸，7)机坑加热器停止运行，8)上导油雾吸收装置运行，9)推导油雾吸收装置运行，10)碳粉吸收装置运行，11)水导外循环系统运行。

水电机组状态由冷却水系统运行态变迁到辅助设备运行态的条件：

C

其中C

水电机组从冷却水系统运行态切换到辅助设备运行态的控制过程包括：

步骤1：判断是否满足水电机组状态变迁到辅助设备运行态的条件，若满足，则执行步骤2；

若不满足，则结束；

步骤2：控制投入油雾吸收装置、碳粉吸收装置；

步骤3：退出机坑加热器，并判断确认机坑加热器已停止；

步骤3.1：退出机坑加热器；

步骤3.2：判断机坑加热器是否已停止，若是则执行步骤4，否则结束；

步骤4：启动调速器液压系统，并判断确认调速器液压系统油压、油位正常；

步骤4.1：启动调速器液压系统；

步骤4.2：判断调速器液压系统是否正常运行，若是则执行步骤4.3，否则结束；

步骤4.3：判断调速器液压系统管道油压、油位是否符合要求，若是则执行步骤5，否则结束；

步骤5：判断水轮机主轴密封水流量、压力是否过低，若密封水流量、压力非过低，则执行

步骤6，若密封水流量或者压力过低，则结束；

步骤6：水电机组状态变为辅助设备运行态，结束。

优选地，所述水电机组从冷却水系统运行态切换到辅助设备运行态的控制过程还包括禁止蠕动检测。

进一步地，所述判断调速器液压系统管道油压、油位是否符合要求，具体包括：

(a)调速器液压系统管道油压大于6.1MPa；

(b)调速器液压系统压油罐压力大于6.1MPa；

(c)调速器液压系统压油罐油位大于1200mm。

水电机组从辅助设备运行态切换到空转态的控制过程包括：

步骤1：判断是否满足水电机组状态变迁到空转态的条件，若满足，则执行步骤2，若不满足，则结束；

步骤2：控制拔出自动锁锭，并判断确认自动锁锭拔出；

步骤3：启动调压油泵，并判断高压油系统建压是否成功；

步骤4：判断确认机械制动风闸完全撤出；

步骤5：控制调速器开机，并判断确认机组转速接近额定转速；

步骤6：判断确认电气制动开关处于分位；

步骤7：水电机组状态变为空转态，结束。

水电机组从辅助设备运行态切换到冷却水系统运行态的控制过程包括：

步骤1：判断是否满足停机条件，若满足，则执行步骤2，否则结束；

步骤2：现地控制单元(Local Control Unit,LCU)开出调速器停机令，控制投入制动粉尘吸收装置，控制启动高压油泵；判断确认电气制动系统正常；

步骤2.1：现地控制单元LCU开出调速器停机令；

步骤2.2：控制投入制动粉尘吸收装置；

步骤2.3：机组转速＜90％额定转速启动高压油泵；

步骤2.4：判断电气制动系统是否正常，若是则执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3：判断导叶是否全关，若是则执行步骤5，否则结束；

步骤4：调速器停机令开出计时5分钟，判断机组转速小于20％额定转速，若是则执行步骤15，否则结束；

步骤5：判断调速器停机令开出480秒内机组转速是否低于50％额定转速，若是则执行步骤6，否则结束；

步骤6：分电气制动开关地刀，合电气制动开关，并判断确认电气制动开关地刀分闸；

步骤6.1：控制分离电气制动开关地刀；

步骤6.2：合上电气制动开关，合上电气制动400V开关；

步骤6.3：判断电气制动开关地刀是否分闸，若是则执行步骤7，否则执行步骤10；

步骤7：判断电气制动开关是否合闸，若是则执行步骤8，否则执行步骤10；

步骤8：判断电气制动400V开关是否合闸，若是则执行步骤9，否则执行步骤10；

步骤9：判断交流灭磁开关是否分闸，若是则控制投入电气制动，执行步骤11，否则执行步骤10；

步骤10：判断现地控制单元开出电气制动开关合闸令300秒内机组转速是否小于20％，若是则执行步骤15，否则结束；

步骤11：现地控制单元开出电气制动投入令，并判断电气制动开关是否合闸，若是则执行步骤12，否则执行步骤13；

步骤12：判断机组转速是否小于10％额定转速，若是则执行步骤14，否则结束；

步骤13：判断机组转速是否小于20％额定转速，若是则执行步骤15，否则结束；

步骤14：控制退出电气制动；

步骤15：控制投入机械制动，判断机组转速是否为0，若是则执行步骤16，否则结束；

步骤16：判断导叶是否全关，若是则执行步骤17，否则结束；

步骤17：控制投入调速器自动锁锭，并判断自动锁锭是否已投入，若是则执行步骤18，否则报警；

步骤18：机组状态变为辅助设备运行态。

水电机组从空转态切换到辅助设备运行态的控制过程包括：

步骤1：判断是否满足停机条件，若满足，则执行步骤2，否则结束；

步骤2：停水导外循环油泵，分电气制动开关，分电气制动400V开关，投入机组蠕动装置，并确认机组蠕动装置无蠕动报警；

步骤3：控制停止调速器液压系统，控制退出制动粉尘吸收装置、碳粉吸收装置、推导油雾吸收装置、上导油雾吸收装置，控制退出机械制动；

步骤4：判断确认调速器液压系统压油泵全部停运；

步骤5：判断确认调速器液压系统隔离阀全关；

步骤6：判断确认机械制动风闸全部落下；

步骤7：机组状态变为冷却水系统运行态。

相比现有技术，本发明的控制方法通过在水电机组开停机流程中增加一种新的水电机组运行状态，机组在辅助设备运行态时，可及早发现机组元件故障和机组异常，为运维人员争取更多开启备用机组和故障处理的时间，减少了由于开机失败造成发电计划偏差；优化了水轮发电机组自动开停机流程，提高了水电机组自动开停机成功率，有利于电网的安全、稳定、高效运行；减少了水电机组因开机不成功造成发电计划偏差而被调度考核的情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例的水电机组状态示意图。

图2为本发明实施例的辅助设备运行态的子状态示意图。

图3为本发明实施例的水电机组从水电机组开机至辅助设备运行态的条件逻辑图。

图4为本发明实施例的水电机组从冷却水系统运行态切换为辅助设备运行态的控制流程图。

图5为本发明实施例的水电机组从辅助设备运行态切换为空转态的控制流程图。

图6为本发明实施例的水电机组从空转态切换为辅助设备运行态的控制流程图。

图7为本发明实施例的水电机组从辅助设备运行态切换为冷却水系统运行态的控制流程图。

图8为本发明实施例的水电机组从辅助设备运行态切换为空转态的条件逻辑示意图。

图9为本发明实施例的水电机组的开机基本条件的逻辑图。

图10为本发明实施例的水电机组的停机基本条件的逻辑图。

具体实施方式

如图1所示，实施例的水电机组状态包括停机态、冷却水系统运行态、辅助设备运行态、空转态、空载态、并网发电态、过渡态和状态不明，所述辅助设备运行态是介于冷却水系统运行态、空转态的水电机组状态。将停机态、冷却水系统运行态、辅助设备运行态、空转态、空载态、并网发电态6种机组状态定义为稳态，过渡态和状态不明2种机组状态定义为不定态。水电机组状态为辅助设备运行态时，机组技术供水系统、调速器液压系统、碳粉吸收装置和油雾吸收装置均运行；水电机组由停机状态开机并网发电的控制过程中，在水电机组状态经空转态转移到并网发电态前，先控制水电机组状态由停机态经冷却水系统运行态转移到辅助设备运行态，水电机组处于辅助设备运行态运行一段时间后，再控制水电机组状态切换至空转态，以提前发现影响水电机组正常开机的元件故障，便于采取故障处理措施，使水电机组发电计划不受影响。

如图2所示，辅助设备运行态的子状态具体包括：1)机组技术供水系统运行，2)机组转速为0，3)调速器液压系统运行正常，4)导叶全关，5)调速器自动锁锭为投入状态，6)断路器GCB分闸位置，7)机坑加热器停止运行，8)上导油雾吸收装置运行，9)推导油雾吸收装置运行，10)碳粉吸收装置运行，11)水导外循环系统运行。

实施例中，将机组LCU采集的直接影响机组开机流程执行和转换的所有测点，经过一定的逻辑组态后作为流程启动的条件，监控下发开机至辅助设备运行态令后，LCU首先会根据目标状态自动判断相应的启动条件是否满足，条件满足后方可启动流程，防止对已故障再次操作，加重设备损坏程度和造成事故扩大。

同时在监控系统上位机上绘制出机组开机至辅助设备运行态流程启动条件画面，画面以动态链接的形式直观地将现地设备状态在监控系统操作员站上展示出来，操作人员在监控系统上执行开停机操作前，提前调出开停机条件监视画面，通过画面可以快速、准确地发现影响机组开机的障碍，提前干预，进而达到提高机组开停机成功率的目的。

如图3所示，水电机组状态由冷却水系统运行态变迁到辅助设备运行态的条件：

C

AND水导轴承冷却系统正常AND电气制动系统正常AND(NOT空转态)AND(NOT空载态)

AND(NOT并网态)AND机组技术供水四通阀打开)OR冷却水系统运行态)AND调速器液压系统正常)

其中C

如图4和图1所示，水电机组从冷却水系统运行态切换到辅助设备运行态的控制过程②包括：

步骤1：LCU收到水系统运行态至辅助设备运行态转换命令后，自动判断是否满足水电机组状态变迁到辅助设备运行态的条件，若满足，则执行步骤2；若不满足，则结束；

步骤2：LCU开出启动油雾吸收装置、碳粉吸收装置和禁止蠕动检测的指令；

步骤3：LCU开出机坑加热器退出令，并判断确认机坑加热器已停止；

步骤3.1：LCU开出机坑加热器退出令；

步骤3.2：判断机坑加热器是否已停止，若是则执行步骤4，否则结束；

步骤4：LCU开出启动调速器液压系统令，并判断确认调速器液压系统油压、油位正常；

步骤4.1：LCU开出启动调速器液压系统令；

步骤4.2：判断调速器液压系统是否正常运行，若是则执行步骤4.3，否则结束；

步骤4.3：判断调速器液压系统管道油压、油位是否符合要求，若是则执行步骤5，否则结束；步骤5：判断水轮机主轴密封水流量、压力是否过低，若是则结束，若否则执行步骤6；

步骤5.1：判断调速器液压系统管道油压大于6.1MPa，若是则执行步骤5.2，否则结束；

步骤5.2：判断调速器液压系统压油罐压力大于6.1MPa，若是则执行步骤5.3，否则结束；

步骤5.3：判断调速器液压系统压油罐油位大于1200mm，若是则执行步骤6，否则结束。

步骤6：水电机组状态变为辅助设备运行态，结束。

如图5和图1所示，水电机组从辅助设备运行态切换到空转态的控制过程③包括：

步骤1：LCU收到机组辅助设备运行态至空转态转换命令后，自动判断是否满足水电机组状态变迁到空转态的条件，若满足，则执行步骤2，若不满足，则结束；

步骤2：LCU开出拔出自动锁锭令，并判断确认自动锁锭拔出；

步骤3：LCU开出启动调压油泵令，并判断高压油系统建压是否成功且保持10秒，若是则执行步骤4，否则结束；

步骤4：判断机械制动风闸是否完全撤出，若是则执行步骤5，否则结束；

步骤5：LCU开出调速器开机令和机组转速＞90％额定转速停止高压油泵令，并判断机组转速是否大于等于95％额定转速且保持10秒以上，若是则执行步骤6，否则结束；

步骤6：判断电气制动开关是否在分位，若是则执行步骤7，否则结束；

步骤7：水电机组状态变为空转态，结束。

如图6和图1所示，水电机组从辅助设备运行态切换到冷却水系统运行态的控制过程⑩包括：

步骤1：LCU收到空转态至辅助设备运行态转换命令后，自动判断是否满足停机条件，若满足，则执行步骤2，否则结束；

步骤2：控制调速器停机，控制投入制动粉尘吸收装置，控制启动高压油泵；判断确认电气制动系统正常；

步骤2.1：现地控制单元LCU开出调速器停机令；

步骤2.2：现地控制单元LCU开出投入制动粉尘吸收装置令；

步骤2.3：现地控制单元LCU开出机组转速＜90％额定转速启动高压油泵令；

步骤2.4：判断电气制动系统是否正常，若是则执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3：判断导叶是否全关，若是则执行步骤5，否则结束；

步骤4：调速器停机令开出计时5分钟，判断机组转速小于20％额定转速，若是则执行步骤15，否则结束；

步骤5：判断调速器停机令开出480秒内机组转速是否低于50％额定转速，若是则执行步骤6，否则结束；

步骤6：LCU开出分电气制动开关地刀命令、合电气制动开关命令和合电气制动400V开关命令，并判断确认电气制动开关地刀分闸；

步骤6.1：LCU开出分离电气制动开关地刀的命令；

步骤6.2：LCU开出合电气制动开关、合电气制动400V开关的命令；

步骤6.3：判断电气制动开关地刀是否分闸，若是则执行步骤7，否则执行步骤10；

步骤7：判断电气制动开关是否合闸，若是则执行步骤8，否则执行步骤10；

步骤8：判断电气制动400V开关是否合闸，若是则执行步骤9，否则执行步骤10；

步骤9：判断交流灭磁开关是否分闸，若是则控制投入电气制动，执行步骤11，否则执行步骤10；

步骤10：判断LCU开出电气制动开关合闸令300秒内机组转速是否小于20％额定转速，若是则执行步骤15，否则结束；

步骤11：LCU开出电气制动投入令，并判断电气制动开关是否合闸，若是则执行步骤12，否则执行步骤13；

步骤12：判断机组转速是否小于10％额定转速，若是则执行步骤14，否则结束；

步骤13：判断机组转速是否小于20％额定转速，若是则执行步骤15，否则结束；

步骤14：LCU开出退出电气制动令；

步骤15：LCU投入机械制动令，判断机组转速是否为0，若是则执行步骤16，否则结束；

步骤16：判断导叶是否全关，若是则执行步骤17，否则结束；

步骤17：LCU开出投入调速器自动锁锭命令，并判断自动锁锭是否已投入，若是则执行步骤18，否则报警；

步骤18：机组状态变为辅助设备运行态。

如图7和图1所示，水电机组从空转态切换到辅助设备运行态的控制过程⑨包括：

步骤1：LCU收到辅助设备运行态至水系统运行态转换命令后，自动判断是否满足停机条件，若满足，则执行步骤2，否则结束；

步骤2：LCU开出停水导外循环油泵、分电气制动开关、分电气制动400V开关的命令以及投入机组蠕动装置令，并确认机组蠕动装置无蠕动报警；

步骤3：LCU开出停止调速器液压系统令和退出制动粉尘吸收装置、碳粉吸收装置、推导油雾吸收装置、上导油雾吸收装置的命令以及退出机械制动令；

步骤4：判断调速器液压系统压油泵全部停运，若是则执行步骤5，否则结束；

步骤5：判断调速器液压系统隔离阀全关，若是则执行步骤6，否则结束；

步骤6：判断机械制动风闸全部落下，若是则执行步骤7，否则结束；

步骤7：机组状态变为冷却水系统运行态。

如图8所示，水电机组状态由辅助设备运行态切换到空转态的条件：

C

AND无水轮机剪断销剪断信号AND调速器电气系统正常AND调速器液压系统正常AND机械制动风闸落下

AND水轮机检修气封已撤出AND水轮机主轴密封水运行正常AND开机基本条件)

其中C

如图9所示，水电机组的开机基本条件：

C

AND监控禁止开机软压板退出AND监控机组检修态软压板退出AND(NOΤ过渡态)

AND(NOT机组状态不明)AND现地控制单元交、直流电源正常)

其中C

如图10所示，水电机组的停机条件：

C

AND快速停机流程未启动AND紧急停机流程未启动AND(NOΤ现地控制单元在调试态)

AND((机组在并网发电态AND机组有功小于100MW)OR发电机出口开关分闸))

其中C