瀑布溝水電站機(jī)組運(yùn)行可靠性分析

李 葉，王 寅

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

瀑布溝水電站機(jī)組運(yùn)行可靠性分析

李 葉，王 寅

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定可靠運(yùn)行不僅是對(duì)機(jī)組自身穩(wěn)定性的一種保障，也是對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障。針對(duì)瀑布溝機(jī)組運(yùn)行中存在的若干隱患，提出有效的整改防范措施，降低機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)以及事故停運(yùn)的可能性，不斷完善、優(yōu)化運(yùn)行，提高機(jī)組可靠性，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

機(jī)組；可靠性；運(yùn)行

0 概述

瀑布溝水電站位于大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩縣交界處，距成都市直線距離約200 km，距重慶市直線距離約360 km，靠近負(fù)荷中心。電站工程由礫石心墻堆石壩、左岸泄洪洞、左岸溢洪道、右岸放空洞和左岸引水發(fā)電系統(tǒng)以及尼日河引水工程等組成。大壩建成后將形成53.9億m3的水庫(kù)，裝設(shè)6臺(tái)600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用，枯水期擔(dān)負(fù)峰腰荷，豐水期主要擔(dān)負(fù)基荷和部分腰荷，是四川電力系統(tǒng)中的骨干電站之一。

引水發(fā)電系統(tǒng)布置在左岸山體內(nèi)，為地下廠房三洞室結(jié)構(gòu)。瀑布溝水電站按無人值班原則設(shè)計(jì)，正常情況下由大渡河流域梯級(jí)水電站成都集控中心（簡(jiǎn)稱大渡河流域成都集控中心）統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行。

工程于2004年3月開工建設(shè)，2009年底首批兩臺(tái)機(jī)組發(fā)電，計(jì)劃2010年底全部投產(chǎn)。

1 水輪發(fā)電機(jī)組可靠性的意義及影響

機(jī)組可靠性是衡量機(jī)組設(shè)備質(zhì)量的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。大型水輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量的增加以及自動(dòng)化水平的提高，機(jī)組的可靠性問題已引起高度的重視，并且逐漸成為機(jī)組設(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)和機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的保障。對(duì)瀑布溝水電站機(jī)組可靠性的研究和分析，有利于更好的掌握機(jī)組運(yùn)行規(guī)律，控制機(jī)組運(yùn)行時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，保障大型水電站安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。進(jìn)而保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

2 瀑布溝水電站機(jī)組主要參數(shù)（表1）

表1

3 瀑布溝水電站機(jī)組運(yùn)行可靠性的若干隱患

3.1 瀑布溝水電站機(jī)組振擺問題

由于瀑布溝電站機(jī)組在系統(tǒng)中主要擔(dān)負(fù)系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用的作用，因此不可避免地需要在小開度或振動(dòng)區(qū)范圍附近運(yùn)行。這不僅嚴(yán)重影響了機(jī)組的使用壽命，也降低了機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。因此，對(duì)于瀑布溝電站來說，如何既能滿足調(diào)度對(duì)電力生產(chǎn)的要求，又能提高機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

當(dāng)機(jī)組在低水頭、低負(fù)荷、高水頭、超負(fù)荷以及空載運(yùn)行工況下，水輪機(jī)的振動(dòng)程度隨之而不同。振動(dòng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械不可避免的現(xiàn)象,若能將其振幅限制在允許范圍內(nèi),就能確保機(jī)組安全正常運(yùn)行。但較大振動(dòng)對(duì)機(jī)組安全是不利的,它可能使機(jī)組各連接部件松動(dòng),使各轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至掃膛而損壞；引起零部件或焊縫的疲勞、形成并擴(kuò)大裂縫甚至斷裂；尾水管低頻壓力脈動(dòng)可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫；當(dāng)其頻率與發(fā)電機(jī)或電力系統(tǒng)的自振頻率接近時(shí),將發(fā)生共振,引起機(jī)組出力大幅度波動(dòng),可能會(huì)造成機(jī)組從電力系統(tǒng)中解列,甚至危及廠房及水工建筑物。俄羅斯薩揚(yáng)水電站因機(jī)組振擺過大發(fā)生的“8.17”重大安全事故以血的教訓(xùn)證明了此危害之大。

瀑布溝水電站的3號(hào)、5號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組的振擺情況較4號(hào)機(jī)、6號(hào)機(jī)稍大，尤其3號(hào)機(jī)機(jī)組在運(yùn)行過程中振擺過大，歷史最高點(diǎn)下導(dǎo)振擺高達(dá)至接近700μm。3號(hào)機(jī)組曾多次因?yàn)檎駭[過大，不得不下令嚴(yán)禁調(diào)整負(fù)荷以保機(jī)組穩(wěn)定，最終迫使3號(hào)機(jī)組申請(qǐng)停機(jī)。

針對(duì)以上問題，采取以下降低機(jī)組振擺的具體措施：

（1）采用狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，全面掌握機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)。

20 世紀(jì)90年代以來，以水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析為主的系統(tǒng)（包括在線和離線監(jiān)測(cè)）開始在水電廠中實(shí)施運(yùn)用，對(duì)運(yùn)行機(jī)組的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)和故障分析取得了較好的作用，為真正實(shí)現(xiàn)水電廠“無人值班”（少人值守）的運(yùn)行方式和由預(yù)防性、定期性檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)換提供了保證。瀑布溝電站在線監(jiān)測(cè)裝置通過對(duì)水力機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性（包括振動(dòng)、振擺、壓力脈動(dòng)等物理量）、定轉(zhuǎn)子空氣間隙、水輪機(jī)空化噪聲、發(fā)動(dòng)機(jī)局部放電、發(fā)電機(jī)故障錄波、變壓器局部放電和油色譜等的在線監(jiān)測(cè)，同時(shí)聯(lián)合計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息，針對(duì)電廠機(jī)組，建立功能較為完備的跟蹤分析系統(tǒng)，提供報(bào)警、預(yù)警、狀態(tài)分析、性能評(píng)價(jià)、故障診斷等一系列工具和手段，為機(jī)組的安全運(yùn)行，優(yōu)化調(diào)度和檢修指導(dǎo)提供有力的技術(shù)支持。同時(shí)利用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，綜合計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等信息和專家知識(shí)，綜合MIS及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等信息和專家知識(shí)，進(jìn)行故障分析及診斷，實(shí)時(shí)掌握水輪發(fā)電機(jī)組健康狀況，為狀態(tài)檢修提供輔助決策并實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的信息共享，并為MIS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。其振擺狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的測(cè)點(diǎn)布置見表2：

表2 機(jī)組水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置清單

（2）合理安排機(jī)組運(yùn)行方式，確保機(jī)組運(yùn)行在最佳工況。

通過進(jìn)行各水頭穩(wěn)定性試驗(yàn)，瀑布溝電站逐步掌握了各機(jī)組在不同水頭下的運(yùn)行穩(wěn)定區(qū)域，優(yōu)化分配各機(jī)組負(fù)荷，避免機(jī)組在振動(dòng)區(qū)運(yùn)行。既完成了發(fā)電任務(wù)，同時(shí)又最大限度地保護(hù)了機(jī)組。

（3）加強(qiáng)設(shè)備整治和改造，努力提高檢修工藝水平。

通過長(zhǎng)期對(duì)設(shè)備的監(jiān)視觀察、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)振動(dòng)過大的機(jī)組進(jìn)行設(shè)備整治和改造，進(jìn)一步改善了機(jī)組可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。如對(duì)振擺過大的瀑布溝3F機(jī)組采取拆除下導(dǎo)油槽密封碳精塊后，3號(hào)機(jī)組振擺良好，穩(wěn)定至100μm左右。

通過完善監(jiān)測(cè)手段和進(jìn)行大量的試驗(yàn)工作，瀑布溝水電站獲取了機(jī)組運(yùn)行的大量特征數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)取得后，不僅為調(diào)度、運(yùn)行人員合理安排機(jī)組運(yùn)行方式、確保機(jī)組在最優(yōu)工況下運(yùn)行提供了參考，還可通過日常巡回檢查及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、及早發(fā)現(xiàn)缺陷和設(shè)備隱患，對(duì)檢修周期和檢修方案的確定具有極大的指導(dǎo)作用，同時(shí)還為電廠今后實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 瀑布溝水電站機(jī)組測(cè)溫電阻問題

瀑布溝電站自投產(chǎn)發(fā)電以來，定子線圈、水導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、空冷頻繁出現(xiàn)瓦溫跳變等異常情況，其原因多為測(cè)溫電阻損壞。該處采用Pt100測(cè)溫電阻,采用三選二的測(cè)溫方法，即當(dāng)相鄰3點(diǎn)有2點(diǎn)測(cè)溫值到達(dá)報(bào)警值時(shí)則事故停機(jī)。因此當(dāng)出現(xiàn)測(cè)溫值跳變時(shí)，為保障機(jī)組運(yùn)行的安全性，不得不采用接至備用電阻或甩線待停機(jī)處理等方法。Pt100測(cè)溫電阻靈敏度高、測(cè)量精確高，在低溫測(cè)量中有廣泛的應(yīng)用，但元件的穩(wěn)定性較差、容易老化。針對(duì)該電阻易損壞的特點(diǎn)，瀑布溝電廠對(duì)測(cè)溫回路電纜的屏蔽層進(jìn)行了專項(xiàng)整治，采用屏蔽層單端接的方式，降低測(cè)溫回路的電磁干擾強(qiáng)度，降低電阻損壞的機(jī)率。

3.3 瀑布溝水電站機(jī)組測(cè)速裝置受干擾誤動(dòng)問題

瀑布溝水電站機(jī)組采用兩套原理不同的測(cè)速裝置，每套上送2個(gè)信號(hào)分別至監(jiān)控機(jī)組本地屏和水機(jī)保護(hù)屏，采用交直流雙電源供電。6號(hào)機(jī)組測(cè)速裝置曾因交流電源干擾誤動(dòng)作，造成機(jī)組過速保護(hù)動(dòng)作緊急事故停機(jī)。

為了解決機(jī)組測(cè)速裝置的干擾誤動(dòng)問題，瀑布溝電站加強(qiáng)接地措施，確保機(jī)箱及電纜屏蔽層在機(jī)柜內(nèi)的可靠接地，以提高裝置的抗干擾性能。同時(shí)，測(cè)速裝置廠家對(duì)瀑布溝該裝置做如下改進(jìn)：

（1）電源改進(jìn)：取消裝置內(nèi)部交流供電元件，將交直流雙電源供電改為直流單電源供電，以提高裝置抗干擾能力，防止交流電源的波動(dòng)引起裝置誤動(dòng)作。

（2）程序修改：原轉(zhuǎn)速梯度保護(hù)設(shè)置值過大，沒起到保護(hù)作用。針對(duì)瀑布溝機(jī)組特點(diǎn)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行專門修改優(yōu)化，并更換程序芯片。

3.4 瀑布溝水電站機(jī)組誤操作問題

為防止瀑布溝水電站機(jī)組運(yùn)行過程當(dāng)中人為誤操作，瀑布溝電站對(duì)瀑站監(jiān)控系統(tǒng)已投運(yùn)機(jī)組LCU單點(diǎn)開出圍帶充氣、加閘制動(dòng)流程中增加了閉鎖條件，其邏輯關(guān)系如下：

圖1 圍帶充氣單點(diǎn)開出閉鎖邏輯

圖2 制動(dòng)加閘單點(diǎn)開出閉鎖邏輯

并對(duì)瀑站已投運(yùn)機(jī)組新增制動(dòng)柜禁止加閘指示燈（紅色）、檢修密封加裝禁止充氣信號(hào)指示燈（紅色），以此進(jìn)一步提高機(jī)組可靠運(yùn)行。

4 總結(jié)

通過對(duì)瀑布溝水電站機(jī)組運(yùn)行可靠性的分析研究，對(duì)大型水電站的運(yùn)行可靠性有著一定的參考意義。針對(duì)以上提出的幾個(gè)運(yùn)行中常見的問題，分別進(jìn)行了分析并提出改進(jìn)建議，將機(jī)組可靠性的問題，落實(shí)到發(fā)現(xiàn)隱患，提出問題，分析原因，改進(jìn)措施的模式上來，為提高水輪機(jī)組可靠性探尋一條有效的保障途徑。

TV737

B

1672-5387（2010）06-0021-03

2010-10-08

李葉（1986-），女，助理工程師，從事水電站運(yùn)行維護(hù)工作。