水輪機剪斷銷剪斷處置流程的思考

陳煉紅

（大唐云南發(fā)電有限公司，云南 昆明 650000）

剪斷銷保護裝置是水輪機導(dǎo)水機構(gòu)的重要保護設(shè)備，由剪斷銷及其信號器組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。機組在正常運行工況下，剪斷銷有足夠的強度帶動導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動，但當(dāng)導(dǎo)葉間有異物卡住時，導(dǎo)葉軸和導(dǎo)葉臂不能轉(zhuǎn)動，而連接板在接力器與控制環(huán)帶動下轉(zhuǎn)動，因此對剪斷銷產(chǎn)生剪力，當(dāng)剪力達到一定值時，剪斷銷被剪斷，導(dǎo)葉臂與連接板失去聯(lián)動，脫離接力器的控制。不同數(shù)量剪斷銷剪斷后采取何種措施可保證機組的安全，各發(fā)電企業(yè)處置流程不一，部分企業(yè)也因處置流程不合理給機組穩(wěn)定運行帶來了一定影響，因此有必要對此問題進行分析研究。

圖1 水輪機導(dǎo)水傳動機構(gòu)

1 剪斷銷剪斷保護流程說明

1.1 剪斷銷剪斷規(guī)范

《水輪機運行規(guī)程DL/T 710-2018》中對剪斷銷剪斷的要求為：正常停機時剪斷銷剪斷，應(yīng)繼續(xù)停機，必要時關(guān)閉進水口工作閘門；事故停機時剪斷銷剪斷，立即關(guān)閉進水口工作閘門；兩個及以上剪斷銷剪斷應(yīng)解列停機，關(guān)閉進水口工作閘門；貫流式機組剪斷銷剪斷應(yīng)解列停機，必要時關(guān)閉尾水管閘門[1]。

1.2 水電廠剪斷銷剪斷設(shè)置情況

結(jié)合上述規(guī)范，目前混流式水輪發(fā)電機組針對剪斷銷剪斷普遍采取如下處置流程：機組正常運行或正常停機時單個剪斷銷剪斷發(fā)出報警信號，由運行、維護人員根據(jù)報警信號實施檢查并采取相應(yīng)處置流程；兩個及以上剪斷銷剪斷發(fā)出報警信號，由運行人員采取手動停機流程；事故停機過程中判斷剪斷銷是否剪斷，如果剪斷則發(fā)出報警信號并啟動緊急事故停機流程，關(guān)閉進水口快速閘門。

2 剪斷銷剪斷處置

剪斷銷剪斷后，當(dāng)水輪發(fā)電機組發(fā)生負(fù)荷調(diào)整時，在接力器帶動下導(dǎo)葉發(fā)生轉(zhuǎn)動，剪斷銷剪斷的導(dǎo)葉將不能與其他導(dǎo)葉同步轉(zhuǎn)動，從而造成導(dǎo)葉開度不一致，造成機組振動、擺度增加，對機組的安全穩(wěn)定運行造成較大影響[2]。

針對機組正常運行過程中遇到單個剪斷銷剪斷的情況，部分電廠采用如下處理措施：根據(jù)剪斷銷報警情況，首先確認(rèn)剪斷銷實際情況，確認(rèn)是否剪斷；剪斷后，如機組在振區(qū)，則調(diào)整導(dǎo)葉開度使機組脫離振區(qū)；由維護人員處理更換；機組運行中如無法更換則申請停機處理。

目前，針對機組正常運行過程中剪斷銷剪斷，大部分電廠優(yōu)先采用不停機的處理方式，在導(dǎo)葉防晃動、限位裝置可靠的情況下，一般不會對機組造成較大的破壞。在停機過程中剪斷，后續(xù)比較好處理。開機及負(fù)荷調(diào)整時剪斷，剪斷銷剪斷的導(dǎo)葉會與其他導(dǎo)葉存在較大開度偏差，部分電廠還發(fā)生過拐臂摩擦力不足以限制導(dǎo)葉晃動，對轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉及固定設(shè)備造成重大損壞。

針對上述情況，綜合考慮現(xiàn)場實際更換難度及可能對機組帶來的重大損壞風(fēng)險，在剪斷銷剪斷后可采取如下處理措施。

2.1 機組運行中單個剪斷銷剪斷

目前，多數(shù)水電廠運行中投入AGC功能，在剪斷銷剪斷后應(yīng)及時調(diào)整機組負(fù)荷自動控制方式，避免導(dǎo)葉開度變化引起更大的水力不平衡力。因此，應(yīng)將AGC功能及一次調(diào)頻功能手動退出，或設(shè)置在自動控制流程中，剪斷銷剪斷后自動退出；如關(guān)閉機組后轉(zhuǎn)速無法下降至正常風(fēng)閘投入值，可在小流量下關(guān)閉進水口閘門；未出現(xiàn)振擺增大的情況時，為了能安全更換，也應(yīng)停機處理，避免更換中引起導(dǎo)葉進一步失控的情況。

2.2 機組運行中多個剪斷銷剪斷

兩個及以上剪斷銷同時剪斷時，運行人員應(yīng)立即將AGC及一次調(diào)頻功能退出運行；機組出現(xiàn)嚴(yán)重不穩(wěn)定運行情況時可啟動緊急停機。

2.3 事故停機時剪斷銷剪斷

事故停機時剪斷銷剪斷可按上述規(guī)范規(guī)定流程處置，啟動緊急事故停機流程，關(guān)閉進水口快速閘門，確保機組快速可靠停機。

3 剪斷銷日常管理

剪斷銷作為導(dǎo)水機構(gòu)重要的保護裝置，剪斷后容易出現(xiàn)故障擴大的風(fēng)險，因此，在日常生產(chǎn)中應(yīng)加強對剪斷銷的管理。

3.1 設(shè)計方面

剪斷銷的設(shè)計強度應(yīng)比連接板、導(dǎo)葉臂的強度低，保證剪斷銷被剪斷前不會對連接板和導(dǎo)葉臂造成破壞。通過了解不同主機廠家剪斷銷強度設(shè)計原則可知，通常是在最大操作力的基礎(chǔ)上考慮一定安全系數(shù)，但每個廠家設(shè)計時選取不一，從生產(chǎn)運行角度分析，在保證不造成設(shè)備損壞的情況下應(yīng)盡量提高強度安全系數(shù)，避免引起誤斷。

3.2 日常管理方面

日常管理中要加強對剪斷銷的檢查，避免由于疲勞引起的誤斷，應(yīng)定期檢測剪斷銷是否無損，檢查導(dǎo)葉全開、全關(guān)限位裝置，焊接強度要滿足設(shè)計要求。對拐臂與導(dǎo)葉間緊固螺栓定期檢查緊固性，力矩應(yīng)滿足設(shè)計要求。定期檢查剪斷銷信號器，必要時人為剪斷信號器，以驗證其性能，確保剪斷銷剪斷時可準(zhǔn)確發(fā)出報警信號[3]。

3.3 備件采購管理方面

剪斷銷備件采購時應(yīng)重點加強管理，避免剪切力不足、切口處圓度、粗糙度不滿足要求的剪斷銷使用在設(shè)備上。即便同一種材料生產(chǎn)制造的剪斷銷，其機械性能也會有一定的偏差，而實際生產(chǎn)中需要剪斷銷具備準(zhǔn)確的剪切力，因此，剪斷銷生產(chǎn)時切口處無法設(shè)計出準(zhǔn)確的加工尺寸，需按同一批熱處理材料經(jīng)過抽檢進行剪切試驗，最終根據(jù)剪切力要求確定剪切截面的尺寸，因此對備件加工制造提出了嚴(yán)格的工藝流程要求，發(fā)電企業(yè)采購時應(yīng)加強此方面的管理。剪斷銷切口處表面加工粗糙度太大，或斷口截面、圓度未按圖紙加工，會對剪斷銷的受力產(chǎn)生影響，容易造成疲勞斷裂，此項也是備件到貨后需認(rèn)真檢查的內(nèi)容。通過嚴(yán)格的備件管理，確保剪斷銷的性能滿足要求。

4 結(jié)語

剪斷銷作為水輪機重要的保護裝置，從運行方面應(yīng)明確不同剪斷情況下的應(yīng)急處置流程，確保不因剪斷銷剪斷導(dǎo)致故障擴大化；在日常管理中應(yīng)根據(jù)剪斷銷設(shè)計特點、水輪機導(dǎo)水機構(gòu)結(jié)構(gòu)原理加強管理，確保其安全可靠運行，同時加強備件采購管理，確保性能滿足要求。