基于球閥動水試驗及預(yù)防措施的幾點探討

張偉　楊應(yīng)武

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球氣候變暖及能源枯竭問題備受人們關(guān)注。清潔能源尤其是水電機(jī)組的發(fā)展能夠解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境之間的矛盾，球閥動水實驗的研究對球閥評價及相關(guān)設(shè)備安全穩(wěn)定性，經(jīng)過大量的實踐表明，采用不同負(fù)荷來對水電機(jī)組進(jìn)行事故模擬，在水機(jī)構(gòu)無法關(guān)閉的情形下，檢驗球閥在動水中關(guān)閉的能力大小，并對球閥的形變量及破壞程度進(jìn)行研究。本文首先分析了球閥的動水實驗的前提條件，并結(jié)合實際案例給出了事故預(yù)想防范措施，希望本文的工作能為從事相關(guān)工作的人員提供一定的指導(dǎo)和幫助。

【關(guān)鍵詞】球閥動水實驗；實驗預(yù)先準(zhǔn)備；案例分析

1、球閥動水實驗的準(zhǔn)備工作

球閥動水實驗對水輪機(jī)的質(zhì)量驗證具有至關(guān)重要的作用，在實驗開始時需要進(jìn)行多方面的準(zhǔn)備工作：（1）考慮到球閥動水關(guān)閉試驗影響范圍較大，屬于強(qiáng)力破壞性試驗，因此，應(yīng)高度重視技術(shù)條件，并做好事故預(yù)想，并有相應(yīng)的應(yīng)對措施。對可能造成嚴(yán)重后果的預(yù)想應(yīng)進(jìn)行演練，確保所有參與人員具備相依的應(yīng)急能力。（2）水輪機(jī)設(shè)備檢查。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪無異常，主軸密封工況良好，軸承油位油質(zhì)、冷卻水、頂蓋排水、頂蓋補氣、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、頂蓋把合螺栓等關(guān)鍵部位應(yīng)無異常。（3）發(fā)電機(jī)及調(diào)速設(shè)備的檢查工作。發(fā)電機(jī)設(shè)備檢查：轉(zhuǎn)子、定子絕緣、直阻滿足要求，制動系統(tǒng)工況正常，軸承油位、油質(zhì)滿足要求，冷卻水系統(tǒng)滿足要求，上機(jī)架基礎(chǔ)檢查、結(jié)構(gòu)檢查無異常、推力軸承無異常，推導(dǎo)軸承瓦溫可控；調(diào)速設(shè)備檢查：主配壓閥、事故配壓閥、過速裝置、分段關(guān)閉裝置、接力器必須確保工作正常，調(diào)速器油壓裝置工作正常，油位、壓力滿足要求。必須進(jìn)行機(jī)械過速模擬試驗，確保相應(yīng)設(shè)備響應(yīng)正確。（4）球閥設(shè)備及勵磁系統(tǒng)的檢查。關(guān)閉、開啟流程必須無誤，球閥活門、接力器、密封無異常，球閥上下游連接管、旁通管焊縫應(yīng)無重大缺陷，球閥油壓裝置工作正常，油位、壓力滿足要求。相比與球閥設(shè)備檢查，勵磁系統(tǒng)的檢查偏于簡單，只需要確定勵磁回路絕緣正常，勵磁變壓器、勵磁調(diào)節(jié)柜、功率柜、滅磁開關(guān)柜確保工作正常，滅磁及過壓保護(hù)單元滿足要求。（5）廠房排水系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)的檢查。廠房排水系統(tǒng)主要檢查通道是否阻塞，并根據(jù)實際情況來增加排水管道數(shù)量。監(jiān)控系統(tǒng)對于全面了解水電機(jī)組有很大幫助，因此實驗之前需要檢查集控中心、毛爾蓋電站上位機(jī)主機(jī)運行正常，通訊正常，開入、模入量、SOE量等數(shù)據(jù)與現(xiàn)地及各LCU一致。（6）模擬實驗。首先模擬在球閥動水關(guān)閉試驗期間的事故低油壓、瓦溫、冷卻水等事故停機(jī)試驗，此時應(yīng)保證調(diào)速器能在相應(yīng)開度關(guān)閉導(dǎo)葉。由于事故停機(jī)流程退出，主要驗證調(diào)速器壓力油罐的壓力及油量能滿足全關(guān)導(dǎo)葉即可，導(dǎo)葉關(guān)閉采用“急?！狈绞交蚴謩涌焖訇P(guān)閉方式進(jìn)行。然后，退出電氣一級過速保護(hù)，模擬電氣二級過速及機(jī)械過速保護(hù)動作正常。最后，關(guān)閉導(dǎo)葉，靜水進(jìn)行啟閉球閥試驗。試驗時，測量啟閉時間，滿足關(guān)閉時間要求，根據(jù)廠家試驗方案，其時間按廠家要求進(jìn)行調(diào)整。

2、球閥動水試驗

該試驗的具體步驟為：（1）保證各部位人員到位，退出1F機(jī)組計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有功閉環(huán)功能，并將機(jī)組無功降到最低運行狀態(tài)。另外，為了保證實驗的真實性，需要將PSS及一次調(diào)頻功能退出，且調(diào)速器控制切至“現(xiàn)地手動”狀態(tài)，調(diào)速器事故停機(jī)流程已經(jīng)退出。（2）檢查其余保護(hù)均已投入無誤，通知運行人員，現(xiàn)場具備試驗條件，向省調(diào)申請試驗（試驗期間申請機(jī)組調(diào)頻運行），具備試驗條件后由現(xiàn)場指揮下達(dá)試驗開始命令，由運行人員按照球閥廠家要求，現(xiàn)地關(guān)閉球閥，值得一提的是閉過程中調(diào)速器人員應(yīng)觀測頻率穩(wěn)定及負(fù)荷變化情況，相關(guān)人員進(jìn)行記錄。當(dāng)球閥關(guān)閉時振動較大，水輪機(jī)紊流嚴(yán)重，因此球閥監(jiān)測人員應(yīng)進(jìn)行各部位監(jiān)測，在關(guān)閉過程中出現(xiàn)異常情況應(yīng)立即按監(jiān)控LCU A1柜內(nèi)的“緊急停機(jī)”按鈕，跳開出口斷路器，關(guān)閉導(dǎo)葉，避免事故擴(kuò)大。發(fā)生焊縫破裂嚴(yán)重的，球閥關(guān)閉后應(yīng)立即通知調(diào)壓井人員落檢修閘門，切斷水源，避免事故擴(kuò)大。（3）機(jī)組未能按預(yù)期跳開出口斷路器（編號：1DL）或關(guān)閉導(dǎo)葉時，按照如下處理方式進(jìn)行應(yīng)急處理：首先，負(fù)荷降至5至10MW區(qū)間時，LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕不能跳開出口斷路器（編號：1DL）（響應(yīng)時間應(yīng)不得大于：3s），手動跳開斷路器（編號：1DL），然后，負(fù)荷降至5～10MW區(qū)間時，LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕按下，導(dǎo)葉及出口斷路器未響應(yīng)，應(yīng)人工斷開出口斷路器（編號：1DL），手動快速關(guān)閉導(dǎo)葉，最后關(guān)閉球閥過程中機(jī)組出口斷路器（編號：1DL）斷開，轉(zhuǎn)速上升至一級電氣保護(hù)（應(yīng)保證不動作），再上升電氣二級保護(hù)，此時調(diào)速器應(yīng)能動作，關(guān)閉導(dǎo)葉，進(jìn)入停機(jī)流程，并關(guān)閉球閥過程中機(jī)組出口斷路器（編號：1DL）斷開，轉(zhuǎn)速上升至一級電氣保護(hù)（應(yīng)保證不動作），再上升電氣二級保護(hù)仍不能動作，在上升至145%機(jī)械過速，此時機(jī)械過速應(yīng)動作，響應(yīng)時間滿足要求。（4）實驗完成后的處理。對水工建筑進(jìn)行全面檢查，水工專業(yè)監(jiān)測流道及調(diào)壓井水工數(shù)據(jù)，并形成報告，全面檢查機(jī)組及電氣設(shè)備，完成上述試驗并試驗合格，全面檢查無誤，辦理結(jié)束工作票。

試驗所用傳感器參數(shù)為：速度傳感器采用本特利生產(chǎn)的330505型低頻速度傳感器，靈敏度20mV/mm/s，頻響范圍0.5～1000Hz（-3.0dB）、1～200Hz（-0.9dB）；速度型位移傳感器采用豪瑞斯生產(chǎn)的MLS/V-9型傳感器，靈敏度為8mV/um，頻響范圍為0.5～600Hz（-3dB）；電渦流位移傳感器采用本特利330180型傳感器，靈敏度8V/mm，頻響范圍0～10kHz（-3dB）；壓力傳感器采用通用生產(chǎn)的PTX5072型傳感器，精度為±0.2%，頻響范圍0～5kHz（-3dB）。

為進(jìn)一步探究兩倍葉片過流頻率的傳遞情況，分別在穩(wěn)態(tài)工況下繪制轉(zhuǎn)輪與底環(huán)壓力、轉(zhuǎn)輪與頂蓋間壓力、尾水進(jìn)口壓力、蝸殼進(jìn)口壓力、球閥上游側(cè)壓力測點的頻譜圖，并對頻譜根據(jù)以下原則進(jìn)行歸一化：步驟1分別獲得每個測點的頻譜數(shù)據(jù)，并提取相應(yīng)的兩倍葉片過流頻率幅值；步驟2計算全部測點兩倍葉片過流頻率幅值的最大值，以該最大值作為基礎(chǔ)進(jìn)行歸一化操作；上述操作本質(zhì)上是對兩倍葉片過流頻率幅值進(jìn)行的歸一化，在歸一化時，由于轉(zhuǎn)頻的倍頻成分較100Hz幅值大，因此繪圖處理時，將大于1的幅值部分強(qiáng)制為1。

3、事故預(yù)想及防范措施

3.1機(jī)組防飛逸措施

機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速為550r/min，即167%過速。機(jī)組電氣二級過速保護(hù)為142%，機(jī)械過速保護(hù)為145%。將電氣二級保護(hù)投入及機(jī)械過速保護(hù)投入可以確保機(jī)組不發(fā)生飛逸現(xiàn)象。為了保證機(jī)組飛逸，確保安全，建議調(diào)速器只退出事故停機(jī)流程，緊急停機(jī)流程應(yīng)投入，且確保正常。緊急停機(jī)流程啟動條件為以下5個條件任意一個滿足即啟動：（1）緊急停機(jī)按鈕動作；（2）機(jī)組機(jī)械過速保護(hù)動作；（3）機(jī)組轉(zhuǎn)速142%Ne且115%Ne；（4）事故停機(jī)過程中剪斷銷剪斷；（5）緊急關(guān)球閥按鈕。

3.2防抬機(jī)措施

機(jī)組進(jìn)行動水關(guān)閉球閥時其關(guān)閉時間長，尾水迅速產(chǎn)生真空，形成真空抬機(jī)現(xiàn)象機(jī)率較小，但由于動水關(guān)閉其流速較大，壓力較大，小開度時水流紊流嚴(yán)重，如果在關(guān)閉過程中出現(xiàn)真空則真空效應(yīng)比較大，其抬機(jī)后果應(yīng)比較大。首先，應(yīng)仔細(xì)檢查頂蓋把合螺栓，不得出現(xiàn)疲勞損傷現(xiàn)象，預(yù)緊力滿足圖紙要求。再次，應(yīng)觀測關(guān)閉球閥期間尾水真空度及機(jī)組上浮量，當(dāng)機(jī)組上臺量及尾水真空急劇增加時應(yīng)立即按LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕或手動快速關(guān)閉導(dǎo)葉進(jìn)入停機(jī)流程。上抬量控制應(yīng)以主軸密封及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)梳齒密封間隙確定。與此同時，由于導(dǎo)葉未關(guān)閉，因此要充分利用上游進(jìn)水閥后真空破壞閥及頂蓋補氣閥。在試驗前應(yīng)對兩只閥門進(jìn)行專項檢查，確保工況正常。

3.3電氣保護(hù)部分

勵磁調(diào)節(jié)柜、功率柜、滅磁開關(guān)柜應(yīng)設(shè)置專人監(jiān)視，當(dāng)關(guān)閉進(jìn)水球閥時，跳開機(jī)端斷路器之后，為防止出現(xiàn)異?，F(xiàn)象導(dǎo)致機(jī)端過電壓、轉(zhuǎn)子過電壓等其他情況損害機(jī)組絕緣，應(yīng)手動進(jìn)行逆變滅磁，緊急情況下還可采用跳滅磁開關(guān)滅磁。

試驗前應(yīng)對發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，檢查保護(hù)裝置保護(hù)功能完善，保護(hù)定值正確，保護(hù)壓板按試驗要求投入，應(yīng)保證電氣設(shè)備在保護(hù)范圍內(nèi)。同時還應(yīng)對主變壓器保護(hù)、廠變保護(hù)進(jìn)行全面檢查。

3.4防倒送電措施

機(jī)組在帶負(fù)荷時關(guān)閉進(jìn)水球閥，機(jī)組負(fù)荷逐漸降低，當(dāng)負(fù)荷降至0以后，會由發(fā)出有功變?yōu)槲障到y(tǒng)有功。為防止出現(xiàn)上述現(xiàn)象損壞發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)電氣保護(hù)不能退出，確保出現(xiàn)異常情況時能夠起到保護(hù)發(fā)電機(jī)的作用。同時，采用低負(fù)荷（約5～10MW負(fù)荷）急停，進(jìn)入急停流程（按下LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕），自動斷開出口斷路器。如果按下LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕后，調(diào)速器未響應(yīng)，其出口斷路器未斷開，機(jī)組未進(jìn)入停機(jī)流程，現(xiàn)場監(jiān)護(hù)人員應(yīng)迅速手動斷開出口斷路器，并通知調(diào)速器監(jiān)護(hù)人手動快速關(guān)閉導(dǎo)葉。

3.5防止水淹廠房措施

防止水房倒淹的措施有多種，具體為以下幾點：第一點，試驗前對廠房滲漏排水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，應(yīng)進(jìn)行水泵聯(lián)動試驗，確保滲漏排水泵能自動動作，排水能力滿足要求，且應(yīng)能保證2F、3F機(jī)組在熱備用狀態(tài)，出現(xiàn)緊急情況時，及時開2F、3F機(jī)組于空轉(zhuǎn)，在消除水錘同時可以滿足過水能力，減輕泄水壓力。第二點，試驗時，球閥本體及尾水錐管測量建議采用探頭遠(yuǎn)程控制，防止出現(xiàn)異常情況人員不能及時撤離，造成事故擴(kuò)大化在出現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即按LCU柜“緊急停機(jī)”關(guān)閉導(dǎo)葉，終止試驗，并撤離現(xiàn)場，同時應(yīng)通知調(diào)壓井人員落檢修閘門。如果事態(tài)不能控制，應(yīng)同時通知進(jìn)口水口人員落進(jìn)水口事故閘門。第三點，根據(jù)公司事故應(yīng)急處置程序，當(dāng)發(fā)生異常情況時，現(xiàn)場指揮應(yīng)立即啟動水淹廠房的應(yīng)急預(yù)案。

4、結(jié)束語

由于引水系統(tǒng)在水平方向上對水的約束力較小，導(dǎo)致動位移較大，對球閥的啟閉系統(tǒng)有很大影響，后期運行過程中需要在該點進(jìn)行強(qiáng)化監(jiān)督和管理。另外，使用之前對球閥的動水實驗也是十分必須的，只有從這幾方面充分考慮，才能確保水電機(jī)組的球閥滿足工程實際要求。

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作者簡介：張偉，（1980——），男，大專，從事水電站電氣維護(hù)工作。