摘要：振动摆度是评价水轮发电机组运行工况是否良好的重要参数，超标的振动摆度将影响机组的正常运行，降低其使用寿命，同时说明机组或流道等外部运行环境存在异常。因此，振摆保护系统反应主设备的运行安全，是防止机组振摆值超标而引发重大损坏的的最后一道技术保障关口。另外，随着制造工业、材料业的发展，水轮发电机组单机容量不断增加，结构日趋复杂，对安全运行提出了更高的要求，特别是萨杨-舒申斯克电站“8.17”事件后，给大中型水电厂敲响了警钟，基于该事故的教训和水电厂安全稳定运行的要求，水电厂配置振摆保护系统是有必要的，同时也是大中型水电厂朝着“无人值班（少人值守）”的管理模式发展的要求。
关键词：水轮发电机组;振动;摆度;保护
1概述
小湾电厂位于云南省大理州南涧县与临沧市凤庆县交界的澜沧江中游河段黑汇江汇入口下游1.5公里处，电站坝高294.5米，装机容量6×70万千瓦。水轮机型号HL153—LJ—660，发电机型号SF700-40/12770，水头变幅大（164-251米），运行水头高，转速高，水轮机特性曲线较为复杂，机组振摆保护系统及传感器采用德国申克产品。
2振摆保护与状态监测的区别
小湾电厂配置状态监测系统与振摆保护系统，但各自传感器与信号回路单独设置，两套系统相互独立，各自承担不同的功能。
2.1目的与可靠性要求不同
振摆保护系统承担着水电机组振摆超标时的报警与保护控制，属保护设备，对设备的可靠性要求高；而状态监测系统为机组故障分析、状态评估和状态检修服务，属在线监测设备。
2.2系统结构与分区不同
机组振摆保护系统注重现地保护控制，系统结构简单，根据电力系统二次防护的要求，属于一区设备；而状态监测系统偏重于实时数据的监视、分析和存储，属于二区设备，为满足实时数据的采集、传输和存储，系统结构相对复杂。
2.3测点对象和数量有所区别
振摆保护系统主要监测机组旋转系与承载机架的振动和摆度，遵循可靠、简单、就地原则进行配置，测点少；而状态监测为实现故障分析和状态评估，监测信息丰富，包括了机械、电气、水力以及运行工况因数等，对象和数量较全面。
3系统设计原则及动作逻辑
3.1设计原则
（1）振摆保护系统与状态监测系统相互独立，传感器及信号传输回路单独设置。
（2）系统仅限于实现对运行机组振摆值实时监测，超标时能报警或延时后跳闸停机的“单一功能”。
（3）系统结构、硬件、软件和设置的各种报警、跳闸停机组合策略应尽可能简单，振摆保护只“单向”将保护动作信号送至监控系统。
（4）保护装置中各模块均可独立工作，其中某一通道、模块的故障不影响其它部分正常工作。
（5）振摆值超标是启动保护功能的唯一判据，避免设置复杂的逻辑判断。
（6）机组开停机、穿越振动区、甩负荷等暂态工况过程中，若振摆值及时限达到动作整定值同样应该出口。
（7）保护动作出口只设一个回路，出口定义为“机组振摆保护动作”，启动“机械事故”紧急停机流程。
（8）整定定值原则结合机组实际，机组间特性差异较大的，采取“一机一策”的方法设定。
3.2动作逻辑
（1）保护出口设置两级动作
一级作用于发信报警，送报警信号至监控系统。二级动作于跳闸停机并报警。
（2）各级动作逻辑简单可靠
一级动作逻辑为某一部位只要有一个方向测值超标（报警值）延时报警。
二级动作逻辑为某一部位只要有一个方向测值超标（停机值）延时报警。
停机逻辑为同一部位 X、Y两方向测值同时超标（停机值）延时启动停机流程。
（3）考虑检修消缺需要，设计出口压板。
为方便检修及日常消缺，设置有出口压板。
4可靠性与防误动
可靠稳定是保护装置的要素和基础，因此需要采取必要手段来保证装置的可靠性与稳定性，防止装置误动。
4.1 可靠性措施
（1）继电器输出有上电抑制电路，上电、失电时不会导致误动。
（2）为防止继电器误抖动或信号瞬间跳变，输出继电器采用双路容错回路，见下图；
（3）通道、装置非OK抑制电路，装置中各模块均可独立工作，某一通道、模块故障不影响其它部分正常工作。
（4）参与保护的X、Y两个方向测点布置在不同测量模块上。
（5）系统硬件方面，经测试小湾振摆保护装置能够抵抗任意方向+/-5g的加速度，持续时间150分钟，有效防止地震时误动。近几年云南及周边地区几次地震发生后，机组振摆保护系统经实际检验，能够躲开地震波带来影响。
4.2防误动措施
（1）设置合理延迟时间；
（2）测值超标是启动保护功能的唯一判据，避免设置复杂的逻辑判断。
（3）设置合理的保护出口逻辑及定值。
根据不同水头、不同负荷段机组稳定运行工况，开停机、穿越振动区、甩负荷等暂态工况中机组振摆情况，综合考虑，设置合理定值。
（4）振摆保护只“单向”将保护动作信号送至监控系统，无中间环节，也不与其它系统有任何信息交换。
5存在问题及建议
5.1 报警定值、保护定值及保护出口逻辑未区分稳定运行工况及暂态工况
在设计逻辑时确定保护逻辑应尽量简单，但从实际运行情况来看，区分稳定运行、暂态工况还是有必要的。后续的改造或新电厂投入时，可考虑转速、机组负荷、励磁电流等，从而设定不同工况下的保护定值及逻辑。
5.2 部分位置传感器选择不合理
振动值的测量，特别是水电机组低频振动的准确测量目前还是个难点，市场上主要由速度传感器、加速度传感器两个类型。加速度传感器主要测量100Hz的电磁振动，低频响应差，低频速度传感器可监测低频振动和100Hz电磁振动。但小湾电厂均使用加速度传感器，有可能导致信号失真，在机组在开停机、穿越振动区、甩负荷等暂态工况下，可能导致信号失真停机动作。建议后续的改造或新电厂投入振摆保护时，应根据不同部位的振动摆度特点选择合理的传感器。
5.3保护装置未引入GPS/北斗时标
保护装置未引入GPS/北斗时标不利于故障分析或事故追忆。
6小结
有效解决可靠性、稳定性是振摆保护功能投入的前提，受我国水电发展历史背景和过去技术理念的影响，误动是导致振摆保护未能普遍应用的主要原因，而此局面反过来又制约了振摆保护技术的发展。小湾电厂振摆保护系统的投入时间较短，其定值整定是否合理，装置的稳定性与可靠性还需经实际运行的检验，但小湾电厂振摆保护逻辑设定原则、及防误动措施有助于推动我国水电振摆保护技术的发展。同时，小湾电厂振摆保护系统的投入，进一步提高了电厂的无人值班（少人值守）的能力。
参考资料：
[1]《小湾水电厂机组振摆保护装置招标文件技术部分》
[2]哈动国家水里发电设备工程技术研究中心计算报告 《大型水轮发电机定子振动评估及技术解决方案》
[3]行业标准《GB 6075.5-2002-T 在非旋转部件上测量和评价机组机械振动 第5部分》
[4]小湾电厂生技部专题报告 《小湾电厂发电机定子振动原因分析及后续处理措施》
[5]华能澜沧江公司专题会议纪要 《水电机组振摆保护方案专题讨论会会议纪要》
作者简介：
李春露，男，29岁，助理工程师，主要从事监控自动化设备的运行与维护工作。
陈映喜，男，32岁，工程师，主要从事监控自动化设备的运行与维护工作。
论文作者:李春露,陈映喜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
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