作者任职于国网湖北省电力有限公司五峰县供电公司

摘要:通过对白庙电站2号机调速器的事故分析，就其设备缺陷产生的原因、危害、影响范围进行梳理。

根据缺陷情况制定了相应方案，提出有关水电站人工智能黑关闭的设想并应用于实际。

前言：我们在生产实践中发现，农村小水电在发电运行过程不断采用新技术，大大解放了生产力。由于关键元件的质量问题、设计缺陷问题、规范要求问题、致使根本问题不能解决，只是在自动化的功能完善方面下功夫，加装清污机，现地视频，通讯联接来完成少人值守、无人值班。

事实证明，这种方式不能实现人工智能黑关闭，更不能实现真正的无人值班。所谓黑关闭，就是在机组正常运行外故障状态下的紧急停机。解决了黑关闭，就解决了设备安全隐患，实现了机组人工智能化。

1.概况：

水电站内保证机组稳定运行的最重要的控制设备之一是调速器，在过去很长一段时间里，低压机组水电站调速领域广泛使用的是手动操作器和手电动操作器，这两种操作器结构简单，价格低廉，但根本无法实现电站的自动化，而且可靠性和安全性都存在很大的问题，属于淘汰产品。

上个世纪末以来，国产小型调速器通过自主创新，在技术和产品已有一个根本变化，以可编程控制器（PLC）为控制核心，极大地提高了控制器的可靠性；采用高操作油压（12~16MPa）的皮囊式蓄能器作为储能元件，基本上取代了原有2.5MPa或4.0MPa油压装置，油压装置的体积大幅度减少；采用工业标准化液压原件为机械控制核心，使得小型水轮机调速器的标准化程度大大提高；调速器在如下方面有了很大的进步：装置体积小，用油量少；由于采用蓄能器，油气不接触，油质不易劣化；调速器不再需要提供可靠性较差的补气装置；由于采用工业化生产的标准水液压件，元件的互换性好，液压部件的稳定性提高，给运行、维护带来很大方便，也大大降低材料的采购成本；特别是可编程控制器的运用，使得调整器的性能和可靠性有了很大提高。

YWT系列微机低压机组调速器的研制，解决了低压机组水电站的自动化技术的瓶颈问题，使低压机组水电站实现无人值班成为可能。YWT系列调速器属微机全自动调速器，具备中小型调速器的全部功能，是专门为低压机组需求而研制的，其技术先进，功能齐全，使用方便，维护简单，价格低廉。YWT系列调速器共有、、三种型号。

采用高压氮气罐作为储能元件，采用叠加式电磁阀组成高压控制油路，直接推动导叶接力器。装置内无任何机械传动机构，避免了机械杠杆的死区及卡死现象，可靠性和稳定性高。气囊蓄能器的采用，省却了电站的高压气系统，既节省了投资，又方便了维护。在结构上，整个装置布置紧凑，体积小，重量轻，维护方便。装置与接力器之间采用软管连接的方式，使得柜体可布置在机旁任意位置，并便于移动。经过多年运行，仍发现许多问题，待叙。

YKF型水轮发电机组智能化控制设备（以下简称控制器）性能稳定，功能强大。适用于有刷与无刷励磁系统，额定电压V，单机容量不大于1KW水轮发电机组，每台低压水轮发电机组只需配一台本装置，结合励磁及外部元件即可组成一体化配电屏或动力柜。可安全方便的实现低压水轮发电机组少人值守的发电管理模式。

控制器对发电机组输出电压、频率、相位进行检测，自动调节机组转速使之频率与电网相等。当并网误差小于设定值，压差小于电网电压的1/8，导前时间小于0.3秒（可设定），控制器发出合闸信号。运行时控制器对发电机组输出功率因数进行检测，自动调节机组功率因数，使机组在运行时自动维持在某一特定功率因数下运行。并网前跟随大网电压，并网后稳功率因数。当电网或水轮发电机组遇到异常情况（如高低压，高低周），控制器将有声光报警，并根据需要进行自动停机，把水轮发电机组与电网断开。控制器具有水位自动管理功能，超过中上水位自动增大水轮机开度，低于中下水位自动减小水轮机开度，调节品质高。运行时控制器提供显示电压、频率、电流与功率因数。控制器对电源部分作了特殊设计，控制系统采用直流供电，电源稳定性高，效率高等优点，控制器供电电压为5、12VDC，取自蓄电池电压或直流屏或交流电压。控制器采用机械继电器输出，可控制交、直流信号，与内部控制电路光电隔离，具有稳定性。

装置将控制和保护功能集于一身，正常情况下可以实现自动开机、自动起励、自动调频调压、自动准同期并网、自动调节有功和无功、根据前池实际水位调整负荷。能实现正常关机及非正常关机，亦能实现电压、电流、频率等保护。只要正常工作后，装置随即让系统进入保护和监控状态，可靠的保护水轮发电机组的正常运行。若控制器故障，也不能控制机组，仍然可能失控，存在很大风险，只能达到少人值班的目的。

目前针对自动紧急关机提高水电站智能化水平重要设备的安全性和可靠性存在着诸多疑点，进行细致的研究，解决其缺陷，满足农村小水电机组控制必须安全、可靠、经济三方面的要求，电站的智能化也必须达到无人值班的现代安全管理要求，针对农村小水电站，只有满足调速器黑关闭的条件，才能真正安全实现机组自动化。

2.事故

2.1现象：

年3月17日湖北五峰白庙电站在凌晨2点20分大网突然断电跳闸，2#机组自动灭磁自动化自动关机（自动化是采用北京远索科技有限公司的YKF型水轮发电机组智能化控制系统，调速器为武汉星联控制系统工程有限公司的YWT系列数字式高压微机调速器，水轮机为河南西峡水轮机厂HL-60产品），值班员发现机组转速很高，手动紧停电磁阀，机组不能关机，遂用木棒刹车飞轮，一方面通知其他运行人员手动关闭闸阀，另一方面用大锤敲击导叶推拉杆往关闭方向，处置效果不明显，于是紧急启动前池快速阀门，机组失水后才停下来，由此避免了一场特大设备安全事故。

2.2检查：

经检修人员到现场检查后发现机组控制器正常；导叶开度在15%位置，水轮机内无异物卡阻；油压全失，油泵回路不能工作；阀组漏油严重；电接点压力表触点接触不良；电磁阀线圈开路；外联接力器油管渗油,运行人员反映阀组经常漂移，自动减少开度，漏油较大，正常泵油达到上限后压力下降很快，有时半小时就要重复泵油，启停频繁。另外现场介绍控制器出现过内部电源断电，设备拒动现象。此次故障确定是由于压力源失去油压造成的，的确给安全生产敲响了警钟。

2.3设想

此事故暴露出农村水电站普遍存在的设备隐患缺陷，紧急关机不可靠，失压保护拒动，存在重大安全隐患，严重的会造成机毁人亡的设备重大安全事故。根据SL-97《小型水电站技术改造规程》第4.4.10条水电站自动化技术改造要求：“任何形式和容量的水电站，当保护装置动作时应在没有运行人员的干预的情况下，实现自动停机”。显然是较难符合这一要求的。此事故使我们设想出当保护装置不动作时应在没有运行人员的情况下，也能实现事故自动停机。

根据事故现象，就有关黑关闭提出了具体技术要求，一是在调速器有电源，有压源；有电源，无压源；无电源，有压源；无电源，无压源，包括压力源管爆裂五种极限情况下的黑关闭。二是达到黑关闭的所有本体相关措施。三是和自动化、励磁系统形成一个全面的黑关闭系统，特别是检测自动化信号指令后相关阀组的对应动作情况，以及相应反馈，怎样处理；当自动化装置内部电源失电后调速器的应急方法。

3.方案

3.1附调速器方案系统图：

3.2方案说明：

根据设想要求，电气自动化部分必须采集发电机转速信号，具有驱动、显示、存储、控制、通讯接口功能；现地PLC从输出动作电磁阀出口和开限联动具备在线自诊断功能；分置自动正常停机，事故停机，交直流电源同时供电，加装UPS,互动切换无扰动，互为热备用，具备非正常状态下的紧停及自恢复功能，促进自动控制和信息处理的有机结合。

自动化部分的保护功能如下：低水位关机、高温关机、失磁关机、过速关机、失磁逆功关机、跳闸关机等在有操作电源情况下完成；在网电，机电，UPS都无电的情况下，接通储电电容，操作电磁阀动作自锁停机。同时机组提供刹车系统功能、进水闸阀开停功能、压力管水压力信号功能，温度报警功能，剪断销剪断功能及其他功能。

黑关闭的调速器系统有如下变化：

1、设置备用压力源，两个储能器互为热备用，主储能器给备用储能器充油，在备用源和主源中设置液压换向阀。

2、调速器具备失去控制电压时候自动关机功能。

3、调速器具备在主储能器失去油压时候自动关机功能。

4、调速器在超频时候自动关机功能，用红外测速外测机频。

5、阀组开闭电磁阀设置两组，互为备用。

6、调速器随动超差关机。

7、将接力器高压软管用无缝钢管置换。

4.试验

4.1人工试验

当水轮机组正常运行时，手动失电、失压源、低水位、高温均能可靠关机，人工紧停后超频、爆管都能关机，特别是电气自动化失电后也能关机，人工将阀组线圈开路后，自动化信号发出检测阀组没有动作而关机。

4.2自动试验

当水轮机组正常运行时，网络突然断电、缺相、失磁、缺水、失压、接力器爆管，通过调速器圴可紧停了水轮发电机组；当机组转速发生变化，调速器会根据采样信号关闭接力器，转速下来后自动刹车，同时关闭总阀。

5.结论

自动控制是用自动化技术来实现省力化和无人化的目的，人工智能的目的便是水轮发电机组在任何正常或者非正常运行工况下能通过调速器紧停水轮发电机组，保证设备安全，当调速器具备在缺水、无电、无油压、机组异速、机组拒动等非正常情况下达到紧急停机，才能实现黑关闭。也只有具备人工智能的黑关闭，才能真正实现农村水电站的无人值班。此次方案的实施将满足农村水电站的无人值班的要求，为安全运行提供重要的技术保障。

田俊国王晓明