水电站计算机监控系统轴瓦温度保护停机策略分析

彭德民，刘德龙

（北京中水科水电科技开发有限公司，北京100038）

1 引言

水力发电机组转动部件与固定部件之间由轴承衔接，机组的轴向负荷由推力轴承承担，机组的径向负荷分别由上导轴承、下导轴承及水导轴承承担[1]。水电机组正常运行时，轴瓦与转轴之间有油膜起润滑作用，轴瓦温度较为稳定；当机组运行出现异常，轴瓦与轴承发生摩擦时，轴瓦温度会急剧升高。水电站计算机监控系统收到轴瓦温度报警信号后，需及时做出准确判断，启动水力机械事故停机流程，防止事故进一步扩大。

2 监控系统轴瓦温度上升原因分析

水轮发电机组轴瓦温度信号通过安装在轴瓦中的测温电阻经由测温电缆接入测温装置。测温装置可以是监控系统现地控制单元的PLC 温度量采集模块，也可以是独立的温度量巡检设备，以上设备将轴瓦温度上送至LCU，LCU 再将信号转送至监控系统厂站层设备供电厂运维人员监视。

造成监控系统轴瓦采集信号上升报警的原因主要有两类：①机组发生机械事故，轴瓦温度真实升高；②由于温度采集装置故障或温度采集回路异常，导致监控系统采集信号越限报警。以下介绍造成轴瓦温度越限报警的几个主要原因。

2.1 机械事故瓦温越限原因分析

（1）机组冷却水异常，包括机组冷却水正反转切换以及冷却水管路淤堵导致的冷却水中断[2]。

（2）润滑油系统故障，包括润滑油油压、油位异常及润滑油油混水或润滑油变质变劣导致的润滑效果下降。

（3）机组振动摆度过大或轴瓦瓦隙调整不均匀造成的轴瓦摩擦。

2.2 非机械事故瓦温越限原因分析

（1）机组转动过程中油盆油流对测温电阻测温线的冲刷导致测温电阻的突变。

（2）测温线在引出油盆时，可能由于布线不当造成测温线受到油盆盖挤压、切断。

（3）机组振动造成的测温回路接线端子松动或测温回路受电磁干扰造成的测温回路信号突变。

（4）温度采集模块故障或与监控系统通信故障导致的温度量信号突变。

3 监控系统轴瓦温度报警停机逻辑控制策略分析

NB/T35004-2013《水力发电厂自动化设计技术规范》中明确了当机组发生各轴承过热等水力机械事故时，应实现水力机械事故停机。同时，规范对各轴瓦测温电阻信号处理方法的可行性予以了肯定。处理方式主要分为以下两种：

（1）所有的测温电阻信号都接到计算机监控系统的LCU，LCU 只发温度报警信号，不启动停机。推力轴瓦、各导轴瓦及定子的部分温度测点另有冗余的测温电阻接到温度保护盘上的数字式温度信号器，该信号除现地显示外，尚有触头输出至LCU，在被测温度超越第二上限时经适当的逻辑组合启动水力机械事故停机流程。

（2）取消测温保护盘，不设置温度信号器，所有的测温电阻信号都接到计算机监控系统的LCU，LCU 除了发温度报警信号外，在推力轴瓦、各导轴瓦及定子的温度超越第二上限时经适当逻辑组合启动水力机械停机。

当水电站采用上述方式1进行测温数据采集及报警处理时，计算机监控系统宜采用以下逻辑控制策略：

（1）LCU 配置投退压板，并将压板投退信号以开关量形式引入LCU 作为轴瓦温升停机条件之一。当机组检修或维护人员排查测温元件或测温回路时，将压板退出，防止事故信号误开出造成机组停机。

（2）在LCU 判断程序中，对温度信号器输出的轴瓦温度越限信号做延时处理，延时时间可设置为1s 左右。该处理可有效地过滤温度信号器自身问题或线路干扰造成的抖动信号，防止信号抖动造成的机组误停机。

当水电站采用方式2进行测温数据采集及报警处理时，计算机监控系统宜采用以下逻辑控制策略：

（1）监控系统现地控制单元LCU 配置的温度量采集模块一般均自带温度量信号采集通道质量状态位信息，当测温回路断线或测温电阻阻值范围超过模块采集范围时（一般为-200～800℃），温度量信号采集通道状态位会显示为错误。将通道质量状态作为温度量越限停机逻辑计算的判据之一，可以有效地剔除信号采集异常的温度量。

（2）监控系统LCU 采集到轴瓦温度信号后，宜对温度值进行有效性分析，电厂可根据机组运行经验对各轴瓦温度进行可信值范围设置。我国大部分水电站均建于南方，因此机组轴瓦最低温度均高于0℃，轴瓦运行最高温度一般设置在130℃左右。当LCU 采集到的轴瓦温度值低于0℃或高于130℃时，即可认为该温度量采集值不可信。将温度量可信度状态作为温度量温升停机逻辑计算的判据之一，可以有效地防止测温电阻异常造成的温升报警停机输出。

（3）机组运行过程中，由于油盆油流对测温电阻测温线的冲刷或机组振动引起的接线端子松动问题均会造成轴瓦温度值的跳变，轴瓦温度越限导致轴瓦温升停机信号的误开出。针对上述情况，LCU 宜对轴瓦温度跳变进行监视及信号过滤。机组在正常运行时，轴瓦温度平稳上升或是维持在某一正常范围内，即使机组发生机械事故，轴瓦温度也会在一定幅值内上升，不会出现测值跳变现象。因此，在轴瓦温度值逻辑判断中，可在一定周期（3s）计算轴瓦温度升高幅值，当轴瓦温升幅值超过理论值时（可设定为5℃），即对该轴瓦做梯度闭锁逻辑操作，不参与温升停机逻辑运算。

（4）使用轴瓦温度通道质量状态位、可信度状态位及梯度闭锁状态位信息对信号异常的轴瓦温度进行筛选后，LCU 对有效的轴瓦温度进行比较运算，当同一类型轴瓦温度任意两点越第二上限时，LCU输出停机信号，执行机组水力机械事故停机流程。同时，LCU 在输出停机信号时，宜采用方式1中的配置投退压板及开出信号延时处理的方法对开出信号做进一步安全闭锁，提高停机信号的可靠性。

4 结论

轴瓦温度作为水轮机组运行的重要特征值，在机组运行工况判断中起到了极为重要的作用。采取缜密的轴瓦温升停机控制逻辑对保护机组轴承、轴瓦安全及防止机组误停机起着关键性作用。计算机监控系统作为机组运行维护的直接设备，需根据电厂设备配置情况对轴瓦温度做合理的逻辑判断处理。本文中方式1和方式2的轴瓦温度控制逻辑在多个电厂得到了采用，由轴瓦造成的机组误停机事故鲜有发生，取得了良好效果。