2020, Vol. 38 
2. 黄河万家寨水利枢纽有限公司龙口水电站, 山西 河曲 036500
2. Y. R. Wanjiazhai Multiple-purpose Dam Project Co., Ltd. Longkou Hydropower Station, Hequ 036500, China
风闸系统是水轮发电机组机械制动系统的重要组成部分，其主要作用是提供制动转矩，机组低转速时能够快速停机，以防止机组在较低转速下长时间转动，或因水轮机导叶漏水使机组发生蠕动现象，造成烧瓦事故，同时还承担着检修时机组转动部分的油压顶起和支撑任务[1]。
某水电站发电机组风闸系统在机组停机时转速下降至15%Ne（Ne为额定转速）自动投入，并以0.69~ 0.72 MPa的气压将风闸活塞顶起，增大风闸闸板与转子制动环之间的摩擦力，从而达到快速停机的目的。停机后，制动风闸保持顶起状态。机组开机时，先将制动风闸复归，再打开导叶，机组才能转动。
该水电站每台发电机风闸系统有24个制动闸，每个制动闸安装1个拐臂式行程开关来判断闸块状态。将每2个制动闸行程开关的常闭触点串联起来接至监控系统，定义为制动风闸投入信号，一共12组；另外，将24个行程开关的常开触点串联起来接至监控系统，定义为制动风闸全部复归信号。
在某次执行机组自动开机流程时，执行至复归机械制动时，简报显示“制动风闸未复归，流程退出”，再次执行开机流程，该判据仍不满足[2]，导致开机失败。
2 风闸动作异常作原因排查分析对该机组近3个月内自动开机过程中制动风闸动作情况进行统计（见表 1），发现制动风闸动作异常原因主要包括风闸触点信号异常、气管无气压、闸块腔串气。
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表 1 风闸系统动作异常情况 |
可以看出，风闸触点信号异常是造成风闸系统不正确动作率高的主要因素。对此判断故障原因可能有以下几种。
（1）行程开关触点损坏。对各行程开关进行动作试验，每个行程开关动作多次，测量行程开关触点均正确动作。可以看出，行程开关机械操作动作可靠性高，行程开关触点未损坏。
（2）机组运行时环境温度高。风闸系统行程开关在额定工况下环境温度允许范围为-5~65 ℃。该机组满负荷180 MW时，风闸行程开关环境温度（每隔1 h测1次）范围37.77~41.29 ℃，平均温度为40.13 ℃，因此，机组运行时环境温度高对风闸不正确动作影响较小。
（3）缺少表示制动风闸复归的行程开关。现地检查，每个制动闸仅有1个行程开关，其中常闭触点表示制动风闸投入信号，所有闸块行程开关常开触点串联表示制动风闸全部复归，无法准确表示风闸的实际状态。仅使用1个行程开关表示风闸的2种状态，当行程开关松动时，极易造成2种状态均不正确指示。因此，缺少表示制动风闸复归的独立行程开关对风闸不正确动作影响较大。
（4）风闸状态监测信号少。检查监控系统，有12组制动风闸投入信号定义（每2个制动闸串联为1组）和1组制动风闸全部复归信号（24个制动闸串联为1组）。制动风闸全部复归信号由24个触点在端子箱内串联，若1处短接松动即可造成全部复归信号无法上送，最终导致无法正常开机。因此，风闸状态信号少对风闸不正确动作影响较大。
（5）开机流程设计不合理。在机组自动开机过程中，当监控系统开出复归制动风闸命令后，接收到制动风闸复归节点信号，制动风闸退出。检查监控系统停机至空转流程，发现制动风闸控制逻辑设计不合理，制动风闸复位时复位腔通气与加闸腔排气2者同时进行，导致风闸因压差小而动作缓慢[3-4]，风闸动作不能及时到位，因此，开机流程设计不合理对风闸不正确动作影响较大。
3 故障处理针对风闸不正确动作影响较大的3个原因制订并实施改进措施。
3.1 增加行程开关在每个制动闸块动作连杆处增加行程开关，分离制动风闸投入、复归信号，保证每个制动闸块均有独立的表示制动风闸投入、复归的行程开关。改进前后对比图见图 1。
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图 1 改进前后风闸行程开关对比照片 |
（1）为增加风闸状态监视信号，在行程开关至监控系统之间敷设制动风闸复归信号电缆，将相邻2个制动风闸复归行程开关常开触点串联，作为1组制动风闸复归信号接入监控系统现地控制单元。
（2）修改监控系统上位机数据库，在上位机增加制动风闸复归信号定义，以及风闸全部复归虚拟点定义，如图 2所示。
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图 2 改进前后数据库定义对比图 |
（3）修改监控系统下位机触摸屏程序画面，在对应开关量位置增加12组制动风闸复归定义监视，如图 3所示。
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图 3 改进前后触摸屏定义对比图 |
（4）完善下位机PLC（可编程逻辑控制器）。在监控系统下位机PLC程序中，增加制动风闸全部复归信号判断逻辑。将新增的12组制动风闸复归状态常开触点串联起来（每组2个风闸），并定义1个制动风闸全部复归常开线圈，如图 4所示。当12组制动风闸全部复归时，逻辑回路导通，制动风闸全部复归常开线圈动作，制动风闸全部复归虚拟点在开机流程中作为判据使用。
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图 4 风闸制动全部复归信号逻辑 |
为保证制动风闸可靠动作，对机组停机至空转流程进行优化[5]，优化后的流程见图 5。首先进行加闸腔排气，发出“复归机械制动投入风闸”令，延时25 s确认制动闸腔内无压后，进行制动风闸复归腔加气，发出“投入机械制动复归风闸”，收到风闸制动闸全部复归信号后，流程继续向下执行，否则流程退出。
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图 5 复归风闸流程图 |
改进该机组风闸回路后，对风闸系统进行制动投入、制动复归动作试验，各行程开关触点信号动作均正确，上位机测点及下位机触摸屏测点显示风闸状态正常，制动风闸投入、复归信号准确无误。
改进后5个月内对该机组开机次数及过程进行统计，均未发生因制动风闸复归信号异常导致机组开机流程退出的情况。
5 结语本文对某水电站机组制动风闸复归信号异常导致开机失败故障进行分析，通过增加风闸行程开关、完善风闸系统动作信号监测、优化自动开机流程的方法加以改进，消除了制动风闸复归信号异常故障，保证了机组的安全稳定运行。
| [1] |
杨存勇, 柴世强, 余齐齐. 发电机风闸不能正常复位的原因分析及讨论[J]. 水电站机电技术, 2015, 38(6): 57-59. |
| [2] |
陶迎新, 丛文博. 蒲石河电站2号机制动风闸未退出致工况转换失败实例[J]. 水电站机电技术, 2016, 39(6): 55-56. |
| [3] |
陈中启. 水轮机组机械制动装置控制逻辑优化[J]. 门窗, 2017(3): 238. |
| [4] |
陈喜新. 水轮发电机组风闸制动系统故障分析与流程改进[J]. 水电站机电技术, 2009, 32(5): 60-62. DOI:10.3969/j.issn.1672-5387.2009.05.020 |
| [5] |
南京南瑞集团公司水利水电技术分公司.MBPro编程软件使用手册[Z].南京: 南瑞集团公司水利水电技术分公司, 2010.
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