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摘要：葛洲坝电厂是我国在长江干流上自主设计建立的第一座大型水电厂，我国水电工程起步与发展中扮演重要角色。水轮发电机组过速保护系统作为水电厂辅助设备系统，具有及其重要的作用，对机组的安全、稳定运行提供重要保证。本设计旨在设计一个水轮发电机组过速保护系统，包括过速保护系统机械回路设计、电气控制系统及PLC程序设计，以满足葛洲坝大江电厂水电机组过速保护要求及稳定运行。
关键词：葛洲坝；水轮机组；过速保护；改造技术
1 葛洲坝水电站原有过速保护系统
本文用葛洲坝所用东方机组为案例说明原有过速保护系统（下称原过速保护系统）存有的安全问题以及技术改造方案。
葛洲坝原有的过速保护系统是采用的双电磁阀结构来对机组进行保护的，在一定程度上提高了系统的稳定性。当水轮机组转速上升到115%额定值时，此时如果调速器突然发生故障，那么其主配压阀将会拒动，当经过一定的时间后，A电磁阀将发生动作从而使油路发生切换，此时主压力油将会进入事故配压阀中，此操作直至导叶被关闭；如果当A电磁阀发生故障从而不能迅速做出相应保护动作时，水轮机组转速将升至152%额定值，此时B电磁阀将采取相关操作，其中的油阀将会被开启，备用压力油源将进入事故配压阀，从而关闭导叶直至停机（原理如A电磁配压阀）。
虽然采用双电磁阀结构在一定程度上提高了过速系统的稳定性，但两套系统都依赖于电气启动，并且两个电磁阀的控制信号均取至永磁电机，因此原过速系统的可靠性存在着较大的安全隐患。
葛洲坝原有保护系统的主要缺陷有一下三个方面：1、原有过速保护系统运行方式单一；2、转速信号源单一且不稳定；3、镜板和推力瓦在机组蠕动过程中会产生机械损伤，机组的蠕动甚至可以将风闸损坏。
2 葛洲坝机组过速系统改造
2.1增加机械液压保护系统
过速保护系统的改造，对B电磁阀和A油阀进行控制，实现了纯机械过速保护。其运行原理：离心探测器与主轴旋转同步，当水轮机转速上升至保护系统设定的额定值（）时，离心块将会被离心探测器中的机械脱扣器棘轮触动，此时机械脱扣器的内部机械装置将发生联动，使油路发生变换，则切换阀工作腔的油压为变为零，此时当切换阀动作时，切换油路可以让油阀A控制压力腔通回油箱，从而使得备用压力油得以经过油阀A进入事故配压阀，此时后续的液压系统随之启动，从而实现机组的紧急停机。
2.2过速系统常规回路改造
改造后的过速系统常规回路，将永磁测速系统改为蠕动检测系统并加上PLC自动控制系统，同时在在原有齿盘保护系统装置的基础之上加上PLC自动控制系统装置，如此就多了一套保护系统，使其保护更为可靠。当PLC检测器检测到水轮机转速大于115%时1ZJ闭合，如果1ZJ发生故障不能闭合，则此时当PLC保护系统检测到水轮机转速大于152%时2ZJ闭合，只要其中一个闭合时A电磁阀或B电磁阀动作使机组停机，而此设计中的两重保证提高了过速保护系统的可靠性和安全性。
3 葛洲坝机组过速保护系统PLC程序设计
图1（a）为葛洲坝过速系统PLC过速系统采集模块，PLC能采集到的信号有I0.0（JJ：电源监视信号），I0.1（115%过速信号），I0.2（115%过速信号），I0.3（152%过速信号），I0.4（152%过速信号）和两路模拟信号AIW0、AIW2.图1（b）为PLC输出系统有两路信号，如图所示将1ZJ和2ZJ分别编制为Q0.0和Q0.1，同时将PLC运行指示灯编制为Q0.2。
由图可知当四个信号I0.1（115%过速），I0.3（152%过速），模拟信号AWI0（115%过速）和模拟信号AWI2（152%过速）中有一个置“1”时，在有电源I0.0（置“1”）的情况下，将会使M0.0至“1”从而使Q0.0置“1”，而此時当Q0.0置“1”时A电磁阀动作启动停机系统。
4 结论
此次葛洲坝机组过速系统改造研究在保留原系统动作流程的前提下，主要作出了以下修改：1、引入PLC自动控制系统装置，在常规线路发生故障或控制失败的情况下PLC自动控制系统运行保护，使其过速保护系统更为可靠。这样在常规回路和PLC自动控制系统的共同作用下，实现了电气保护和机械保护的冗余控制方式，提高了过速保护系统的可靠性和安全性。2、用齿盘测速来取代永磁机，用齿轮测试来输出相应的转速信号，使其作为信号源，在将信号稳定性提高的同时也消除了因为永磁机而产生的各种不安全因素，从而明显减少了系统维护的工作量和机组非正常停机的次数。3、为了提升对机组蠕动监视的强度，在使用测速齿盘的前提下，还添加了蠕动监测设备。
参考文献：
[1]吕坤.岩滩水电站机组一级、二级过速保护回路改造探析[J]. 机电信息，2012，（27）.
[2]张镇一， 朱程滨.电超速保护装置的分析与评价[J].汽轮机技术，1995，（12）.
[3]骆如蕴.水力发电厂机电设计规范[M].北京.中国水利水电出版社，2004.
[4]唐敏，马龙，马明，陈良勇.葛洲坝电厂水轮发电机组过速保护系统改造[J].科技创新导报.2011.
[5]赵健英.PLC 在紧急事故停机装置控制系统中的应用.大电力技术.2008（3）.
关键词：葛洲坝；水轮机组；过速保护；改造技术
1 葛洲坝水电站原有过速保护系统
本文用葛洲坝所用东方机组为案例说明原有过速保护系统（下称原过速保护系统）存有的安全问题以及技术改造方案。
葛洲坝原有的过速保护系统是采用的双电磁阀结构来对机组进行保护的，在一定程度上提高了系统的稳定性。当水轮机组转速上升到115%额定值时，此时如果调速器突然发生故障，那么其主配压阀将会拒动，当经过一定的时间后，A电磁阀将发生动作从而使油路发生切换，此时主压力油将会进入事故配压阀中，此操作直至导叶被关闭；如果当A电磁阀发生故障从而不能迅速做出相应保护动作时，水轮机组转速将升至152%额定值，此时B电磁阀将采取相关操作，其中的油阀将会被开启，备用压力油源将进入事故配压阀，从而关闭导叶直至停机（原理如A电磁配压阀）。
虽然采用双电磁阀结构在一定程度上提高了过速系统的稳定性，但两套系统都依赖于电气启动，并且两个电磁阀的控制信号均取至永磁电机，因此原过速系统的可靠性存在着较大的安全隐患。
葛洲坝原有保护系统的主要缺陷有一下三个方面：1、原有过速保护系统运行方式单一；2、转速信号源单一且不稳定；3、镜板和推力瓦在机组蠕动过程中会产生机械损伤，机组的蠕动甚至可以将风闸损坏。
2 葛洲坝机组过速系统改造
2.1增加机械液压保护系统
过速保护系统的改造，对B电磁阀和A油阀进行控制，实现了纯机械过速保护。其运行原理：离心探测器与主轴旋转同步，当水轮机转速上升至保护系统设定的额定值（）时，离心块将会被离心探测器中的机械脱扣器棘轮触动，此时机械脱扣器的内部机械装置将发生联动，使油路发生变换，则切换阀工作腔的油压为变为零，此时当切换阀动作时，切换油路可以让油阀A控制压力腔通回油箱，从而使得备用压力油得以经过油阀A进入事故配压阀，此时后续的液压系统随之启动，从而实现机组的紧急停机。
2.2过速系统常规回路改造
改造后的过速系统常规回路，将永磁测速系统改为蠕动检测系统并加上PLC自动控制系统，同时在在原有齿盘保护系统装置的基础之上加上PLC自动控制系统装置，如此就多了一套保护系统，使其保护更为可靠。当PLC检测器检测到水轮机转速大于115%时1ZJ闭合，如果1ZJ发生故障不能闭合，则此时当PLC保护系统检测到水轮机转速大于152%时2ZJ闭合，只要其中一个闭合时A电磁阀或B电磁阀动作使机组停机，而此设计中的两重保证提高了过速保护系统的可靠性和安全性。
3 葛洲坝机组过速保护系统PLC程序设计
图1（a）为葛洲坝过速系统PLC过速系统采集模块，PLC能采集到的信号有I0.0（JJ：电源监视信号），I0.1（115%过速信号），I0.2（115%过速信号），I0.3（152%过速信号），I0.4（152%过速信号）和两路模拟信号AIW0、AIW2.图1（b）为PLC输出系统有两路信号，如图所示将1ZJ和2ZJ分别编制为Q0.0和Q0.1，同时将PLC运行指示灯编制为Q0.2。
由图可知当四个信号I0.1（115%过速），I0.3（152%过速），模拟信号AWI0（115%过速）和模拟信号AWI2（152%过速）中有一个置“1”时，在有电源I0.0（置“1”）的情况下，将会使M0.0至“1”从而使Q0.0置“1”，而此時当Q0.0置“1”时A电磁阀动作启动停机系统。
4 结论
此次葛洲坝机组过速系统改造研究在保留原系统动作流程的前提下，主要作出了以下修改：1、引入PLC自动控制系统装置，在常规线路发生故障或控制失败的情况下PLC自动控制系统运行保护，使其过速保护系统更为可靠。这样在常规回路和PLC自动控制系统的共同作用下，实现了电气保护和机械保护的冗余控制方式，提高了过速保护系统的可靠性和安全性。2、用齿盘测速来取代永磁机，用齿轮测试来输出相应的转速信号，使其作为信号源，在将信号稳定性提高的同时也消除了因为永磁机而产生的各种不安全因素，从而明显减少了系统维护的工作量和机组非正常停机的次数。3、为了提升对机组蠕动监视的强度，在使用测速齿盘的前提下，还添加了蠕动监测设备。
参考文献：
[1]吕坤.岩滩水电站机组一级、二级过速保护回路改造探析[J]. 机电信息，2012，（27）.
[2]张镇一， 朱程滨.电超速保护装置的分析与评价[J].汽轮机技术，1995，（12）.
[3]骆如蕴.水力发电厂机电设计规范[M].北京.中国水利水电出版社，2004.
[4]唐敏，马龙，马明，陈良勇.葛洲坝电厂水轮发电机组过速保护系统改造[J].科技创新导报.2011.
[5]赵健英.PLC 在紧急事故停机装置控制系统中的应用.大电力技术.2008（3）.