水電站技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及控制措施分析

劉春雷

(遼寧觀音閣水力發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117100)

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水電站技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及控制措施分析

劉春雷

(遼寧觀音閣水力發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117100)

摘要：水電站的供水包括技術(shù)供水、消防供水和生活供水。其中，技術(shù)供水又被稱為生產(chǎn)供水，其主要任務(wù)是向水電站的各類運(yùn)行設(shè)備供應(yīng)冷卻用水。除此之外，技術(shù)供水還具有潤(rùn)滑和水壓操作等輔助功能。技術(shù)供水系統(tǒng)是水電站重要的輔助系統(tǒng)之一，但在實(shí)際運(yùn)行的過程中，系統(tǒng)仍存在若干運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，必須采取切實(shí)有效的措施加以控制和解決，以此為水電站長(zhǎng)期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)提供更多保障。文章在介紹技術(shù)供水系統(tǒng)基本概念的基礎(chǔ)上，對(duì)某水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的組成和配置進(jìn)行了分析，并結(jié)合工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)技術(shù)供水系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及控制措施進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：水電站；技術(shù)供水系統(tǒng)；運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；控制措施

0引言

水電站的供水包括技術(shù)供水、消防供水和生活供水。其中，技術(shù)供水又被稱為生產(chǎn)供水，供水對(duì)象是水電站各類機(jī)電運(yùn)行設(shè)備，如水輪機(jī)導(dǎo)軸承冷卻和潤(rùn)滑、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、水冷式空氣壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)推力軸承和導(dǎo)軸承、水冷式變壓器冷卻器等。簡(jiǎn)而言之，向水電站的各類運(yùn)行設(shè)備供應(yīng)冷卻用水是技術(shù)供水的主要任務(wù)。除此之外，技術(shù)供水還具有潤(rùn)滑和水壓操作等輔助功能。

技術(shù)供水系統(tǒng)是水電站重要的輔助系統(tǒng)之一，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，系統(tǒng)仍存在若干運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，必須采取切實(shí)有效的措施加以控制和解決，以此為水電站長(zhǎng)期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)提供更多保障[1]。

1技術(shù)供水系統(tǒng)的構(gòu)成、配置及控制

主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容：

1.1　系統(tǒng)構(gòu)成

某水電站機(jī)組、主變技術(shù)供水系統(tǒng)采用了相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配有加壓離心泵、泵空閥、自動(dòng)排污濾水器(以上設(shè)備均為2臺(tái))、四通換向閥(1臺(tái))以及各類測(cè)控元件、管路和閥門。

其中，加壓離心泵和自動(dòng)排污濾水器采用的是雙支路并聯(lián)設(shè)計(jì)，這種配置方法可以使一臺(tái)處于工作狀態(tài)，另外一臺(tái)處于備用狀態(tài)，一旦發(fā)生故障，備用設(shè)備可立即投入使用，避免對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。

技術(shù)供水系統(tǒng)以尾水作為水源，每臺(tái)機(jī)設(shè)取水口兩個(gè)，機(jī)組和主變技術(shù)供水系統(tǒng)的取水口、排水口均采用分開設(shè)置的方法，其中，取水口分別設(shè)置于尾水管擴(kuò)散段340.0 m高層、連接段337.0 m高層；排水口分別設(shè)置于尾水管336.0 m高層、尾調(diào)室394.0 m高層。采用單機(jī)單元加壓的供水方式，每3臺(tái)機(jī)供水總管聯(lián)通，互為備用。

在供水對(duì)象方面，主變技術(shù)供水系統(tǒng)僅向主變油冷卻器供水，而機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的供水對(duì)象則相對(duì)較多，主要包括：

1)水輪機(jī)導(dǎo)軸承油冷卻器。

2)發(fā)電機(jī)空冷器。

3)發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承油冷卻器。

4)發(fā)電機(jī)推力下導(dǎo)組合軸承油冷卻器。

1.2　電源配置

1.2.1機(jī)組技術(shù)供水控制系統(tǒng)

動(dòng)力柜3面、聯(lián)制柜1面、濾水器、泵控閥現(xiàn)地控制箱各2個(gè)，以上設(shè)備均于機(jī)組技術(shù)供水室內(nèi)布置。

1.2.2主變技術(shù)供水控制系統(tǒng)

動(dòng)力柜2面、聯(lián)制柜1面、濾水器現(xiàn)地控制箱2個(gè)機(jī)組以及主變技術(shù)供水控制系統(tǒng)為離心泵動(dòng)力柜均以機(jī)組自用電作為電源，離心泵的自控電源則采用動(dòng)力柜進(jìn)線電源C相電源。

機(jī)組技術(shù)供水水泵、濾水器進(jìn)出口電動(dòng)閥的自控電源均為相應(yīng)的水泵電源，冷卻排水電動(dòng)閥、四通換向閥均以1號(hào)動(dòng)力柜電源作為自身的控制電源。

機(jī)組以及主變技術(shù)供水系統(tǒng)聯(lián)合控制柜的自控電源采用由開關(guān)電源裝置PS1、2供給的DC 24 V，PS1、2分別由AC 220 V、DC 220 V供電。技術(shù)供水濾水器的電源采用機(jī)組自用電。

1.3　系統(tǒng)控制

借助聯(lián)控柜PLC和機(jī)組LCU，可完成對(duì)機(jī)組以及主變技術(shù)供水系統(tǒng)的控制，其中，聯(lián)控柜PLC的構(gòu)成部分主要包括：CPU與通訊模塊、開關(guān)與模擬量信號(hào)的輸入和輸出、觸控屏幕等。

1.3.1控制流程

整個(gè)控制流程可概括為：監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出脈沖指令→機(jī)組LCU接收脈沖指令并進(jìn)行相應(yīng)處理→發(fā)送信號(hào)至機(jī)組與主變聯(lián)控柜PLC→指示技術(shù)供水系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。

在有需要的時(shí)候，機(jī)組LCU也可越過聯(lián)控柜PLC對(duì)水泵進(jìn)行直接控制。另外，若增設(shè)電壓互感器，則當(dāng)其檢測(cè)到主變帶電時(shí)，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)啟動(dòng)主變技術(shù)供水，主變技術(shù)供水系統(tǒng)可借此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

2技術(shù)供水系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與控制

主要包括6個(gè)方面的內(nèi)容：

2.1　初期電源設(shè)計(jì)問題

2.1.1狀況

在該水電站引進(jìn)技術(shù)供水系統(tǒng)后的試運(yùn)行階段，工作人員發(fā)現(xiàn)在啟動(dòng)機(jī)組LCU遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)或是進(jìn)行400V廠用電倒換操作時(shí)(以上操作均涉及技術(shù)供水泵控制回路的交流電源開閉)，均有一定幾率引發(fā)聯(lián)制柜進(jìn)線電源接觸器KM1、KM2出現(xiàn)短時(shí)同時(shí)吸合的現(xiàn)象。一旦發(fā)生該問題，沖擊電流峰值會(huì)迅速提升至40A，隨后，1、2號(hào)技術(shù)供水泵的控制電源FU1以及聯(lián)控柜進(jìn)線電源開關(guān)QA1、2跳開，系統(tǒng)同時(shí)發(fā)出“軟啟動(dòng)器故障”的警報(bào)。

2.1.2措施

在對(duì)問題的發(fā)生過程進(jìn)行仔細(xì)分析的基礎(chǔ)上，工作人員采取了將聯(lián)制柜內(nèi)進(jìn)線電源接觸器KM1的輔助常閉接點(diǎn)串入KM2線圈A2端、將KM2的輔助常閉接點(diǎn)串入KM1線圈A2端的做法，以此達(dá)到互鎖目的。實(shí)踐結(jié)果表明，上述問題再未出現(xiàn)，技術(shù)供水系統(tǒng)的電源切換回路得到進(jìn)一步優(yōu)化，為電源切換時(shí)的可靠供電提供了有效保障[2]。

2.2　水泵電機(jī)、軟起動(dòng)器溫度高

試運(yùn)行結(jié)束后，技術(shù)供水系統(tǒng)正式投入運(yùn)營(yíng)，但一段時(shí)間后工作人員發(fā)現(xiàn)，受技術(shù)供水泵電機(jī)效率較低的影響，繞組經(jīng)常處于過熱狀態(tài)，并進(jìn)一步引起了電機(jī)軸承、電機(jī)外殼溫度過高的問題，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，電機(jī)外殼溫度最高達(dá)到了99℃的水平。針對(duì)這一問題，工作人員采取了更換技術(shù)供水泵的做法，運(yùn)行結(jié)果顯示，技術(shù)供水泵的軸承及外殼溫度降至70 ℃以下[3]。

除電機(jī)軸承和外殼存在高溫問題外，技術(shù)供水泵動(dòng)力柜內(nèi)的軟起動(dòng)器也經(jīng)常處于60 ℃以上的高溫運(yùn)行狀態(tài)。該水電站技術(shù)供水系統(tǒng)采用的軟啟動(dòng)器型號(hào)為ATS48C66Q，通過查詢生產(chǎn)商提供的使用說明書可知，在負(fù)載為額定電流且無旁路的狀態(tài)下，軟啟動(dòng)器耗散功率應(yīng)為1958 W。但是在實(shí)際運(yùn)行的過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)受軟啟動(dòng)器高溫運(yùn)行的影響，供水泵動(dòng)力柜柜門以及動(dòng)力銅排的分度分別達(dá)到了60 ℃和90 ℃。

為了解決高溫問題，技術(shù)人員采取了以下做法：將動(dòng)力柜頂部原有的Φ120散熱風(fēng)機(jī)更換為Φ160散熱風(fēng)機(jī)，柜門下部開口并設(shè)置百葉窗，同時(shí)，對(duì)原有的軟啟動(dòng)器進(jìn)行更換，使之具備內(nèi)置旁路。運(yùn)行結(jié)果顯示，通過此項(xiàng)改造，動(dòng)力銅排溫度可降低40 ℃，降溫效果顯著。

2.3　泵控閥控制管路破裂

2.3.1原因

在技術(shù)供水系統(tǒng)中，泵控閥設(shè)置在離心泵出口位置，具有使水泵輕載啟動(dòng)、避免停泵水錘的作用。該水電站技術(shù)供水系統(tǒng)投運(yùn)后不久，泵控閥控制管路就出現(xiàn)了多次破裂漏水問題，分析結(jié)果顯示，造成這一問題的原因主要有3個(gè)方面：

1)泵控閥管路設(shè)計(jì)存在缺陷，在運(yùn)行過程中，進(jìn)水管最前端的接頭需承受上腔進(jìn)水管路及部件的大部分重量，極易導(dǎo)致接頭斷裂。

2)供水干管在運(yùn)行過程中存在振動(dòng)現(xiàn)象，在交變應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，控制管路及部件容易發(fā)生疲勞破壞。

3)安裝人員未按照規(guī)范要求進(jìn)行操作，在安裝結(jié)束時(shí)，部分管路和部件就已經(jīng)發(fā)生破損。

2.3.2措施

針對(duì)問題的發(fā)生原因，工作人員采取了以下解決措施：

1)改進(jìn)原有的上腔進(jìn)水管路設(shè)計(jì)，使進(jìn)水管前端接頭承受的重力大幅降低。

2)增設(shè)管路支架至泵控閥進(jìn)出口以及離心泵出口，以此減少管路振動(dòng)，降低因振動(dòng)而產(chǎn)生的應(yīng)力。

3)對(duì)安裝操作作出嚴(yán)格要求，嚴(yán)禁出現(xiàn)人為損壞問題。

2.4　機(jī)組自用電的影響

根據(jù)原有設(shè)計(jì)，機(jī)組自用電的兩段母線同時(shí)帶動(dòng)機(jī)組、主變技術(shù)供水泵各1臺(tái)，即母線處于分段運(yùn)行的狀態(tài)。針對(duì)這一情況，工作人員提出分開供電的建議，即在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，機(jī)組、主變技術(shù)供水泵分別由兩段母線供電，這種做法一方面可以對(duì)負(fù)荷運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，避免一段母線所帶符合過高的問題，另一方面也可消除因某一段母線故障而導(dǎo)致機(jī)組、主變技術(shù)供水泵停運(yùn)的可能性，將事故發(fā)生后的影響范圍壓縮到最低[4]。

除此之外，工作人員還發(fā)現(xiàn)，機(jī)組自用電備自投在廠用電倒換操作時(shí)將發(fā)生動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致某段母線短時(shí)間失電的問題，若該母線此時(shí)正在帶動(dòng)水泵運(yùn)作，則該水泵也將失電停運(yùn)。為此，工作人員提出在廠用電倒換操作前應(yīng)先對(duì)技術(shù)供水泵進(jìn)行倒換操作的建議。

2.5　無法滿足自動(dòng)開機(jī)條件

2.5.1無法自動(dòng)開機(jī)的原因

根據(jù)技術(shù)供水系統(tǒng)原有的設(shè)計(jì)，主變冷卻器控制系統(tǒng)會(huì)以主變負(fù)荷電流或油溫作為判定依據(jù)來決定啟停冷卻器組數(shù)。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)在主變倒掛時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)只開啟1組冷卻器的情況，受此影響，總管流量無法滿足280 m3/h的最低要求，自動(dòng)開機(jī)功能也因此無法得到實(shí)現(xiàn)。一旦發(fā)生該問題，技術(shù)人員就必須通過手動(dòng)開啟另一組冷卻器的方式來完成“自動(dòng)開機(jī)”。

2.5.2技術(shù)措施

針對(duì)這一問題，工作人員將主變控制系統(tǒng)改為主變倒掛運(yùn)行，同時(shí)針對(duì)性的選擇了主變技術(shù)供水系統(tǒng)控制策略，即在發(fā)變組并網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)下，主變技術(shù)供水總管流量低限保持原有的280 m3/h；在主變倒掛運(yùn)行的狀態(tài)下，重新整定主變技術(shù)供水總管流量低限。

2.6　供水中斷

2.6.1供水中斷的原因

技術(shù)供水泵的正常運(yùn)行是技術(shù)供水系統(tǒng)完成對(duì)各負(fù)荷供水任務(wù)的基礎(chǔ)和前提，雖然該水電站配備了兩臺(tái)技術(shù)供水泵以備不時(shí)之需，但仍有兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)發(fā)生故障的可能性。一旦出現(xiàn)這種情況，機(jī)組各負(fù)荷所需冷卻水就無法及時(shí)供給，極大的增加了機(jī)組被迫停運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.6.2措施

針對(duì)這一情況，工作人員提出了機(jī)組及主變技術(shù)供水均采用以3臺(tái)機(jī)組作為一個(gè)單元的設(shè)計(jì)方法，為滿足緊急情況下的供水要求，3臺(tái)機(jī)組間設(shè)有電動(dòng)聯(lián)通閥。不過，在發(fā)生故障的情況下，單臺(tái)技術(shù)供水泵是否能夠完成向兩臺(tái)機(jī)組供應(yīng)冷卻水的任務(wù)還有待研究。雖然有這樣的顧慮，但主變技術(shù)供水系統(tǒng)還擁有消防用水這個(gè)備用水源，在主變倒掛運(yùn)行時(shí)，也可在無冷卻水的狀態(tài)下短時(shí)間正常運(yùn)行，這些都為恢復(fù)主變技術(shù)供水的正常運(yùn)行提供了時(shí)間。

3結(jié)語

在技術(shù)供水系統(tǒng)投運(yùn)一年以來，運(yùn)行人員在全面了解系統(tǒng)組成、原理及工作模式的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了全面分析和針對(duì)性處理，實(shí)踐結(jié)果顯示，通過以上優(yōu)化和改進(jìn)措施，技術(shù)供水系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制，水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行也因此得到了有效保障。

參考文獻(xiàn)：

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[作者簡(jiǎn)介]劉春雷(1974-)，男，遼寧本溪人，助理工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號(hào)：TV73

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1007-7596(2015)09-0105-03