關(guān)于水電站機(jī)組試運(yùn)行技術(shù)分析探討

摘要：本文通過對(duì)自己參加建設(shè)的水電站機(jī)組調(diào)試及試運(yùn)行期間水導(dǎo)擺度接近上限值以及手動(dòng)開機(jī)和自動(dòng)開機(jī)工作門落門停機(jī)的問題進(jìn)行了深入透徹的原因分析，提出切實(shí)可行的合理處理方案并取得良好的效果，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行，規(guī)避了對(duì)國家電網(wǎng)沖擊的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：水電站機(jī)組試運(yùn)行;工作門落門停機(jī)，故障原因分析;解決方案;設(shè)備安全運(yùn)行。

1 工程概況

某參建水電站是137m高的碾壓混凝土大壩，其溢流式溢洪道位于大壩的中部。兩條導(dǎo)流洞中的一條在蓄水期間改作為大壩檢修時(shí)的放空洞，所有水輪機(jī)全部停機(jī)的狀況下通過此洞向下游泄水。發(fā)電廠房位于大壩左岸壩腳。水力發(fā)電系統(tǒng)包括4個(gè)發(fā)電進(jìn)水口，4條壓力鋼管。共裝有4臺(tái)混流式水輪機(jī)組，總裝機(jī)容量為790MW，單機(jī)容量為197.5MW主機(jī)設(shè)備由Voith Siemens（福伊特西門子）設(shè)計(jì)制造提供。機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)由手動(dòng)控制盤柜、LCU監(jiān)控單元屏、遠(yuǎn)程I/O接口單元屏、現(xiàn)地測量元件（即數(shù)據(jù)采集元件：壓力傳感器P、溫度傳感器RTD、位移傳感器L、流量傳感器Q以及振動(dòng)監(jiān)測傳感器等）組成。位于廠房下游側(cè)的主變壓器和位于大壩左岸廠房下游大約550米處的露天升壓開關(guān)站用230kv輸電線路連接。電站通過雙回路輸電線路連接到國家變電站。

2 機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況及出現(xiàn)的問題

水電站2#機(jī)首次啟動(dòng)后，立即進(jìn)行瓦溫試驗(yàn)，運(yùn)行大約3小時(shí)30分鐘，由于上導(dǎo)瓦溫偏高，要求機(jī)組停機(jī)進(jìn)行檢查。機(jī)組首次啟動(dòng)各監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1，在額定轉(zhuǎn)速下，上導(dǎo)擺度為0.06mm，下導(dǎo)擺度為0.069mm，水導(dǎo)擺度為0.149mm，上機(jī)架的水平振動(dòng)為0.079mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

在對(duì)機(jī)組檢查處理并采取相關(guān)措施后，機(jī)組再次啟動(dòng)，機(jī)組瓦溫穩(wěn)定后，進(jìn)行了自動(dòng)開停機(jī)試驗(yàn)和發(fā)變組升壓試驗(yàn)。機(jī)組瓦溫記錄見表4，發(fā)變組升壓試驗(yàn)過程的振動(dòng)及擺度見表2。在額定轉(zhuǎn)速下，推力瓦溫最高為61.91℃;。在額定勵(lì)磁電壓下，上導(dǎo)擺度為0.059mm，下導(dǎo)擺度為0.083mm，水導(dǎo)擺度為0.183mm，上機(jī)架的水平振動(dòng)為0.069mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

隨后機(jī)組進(jìn)行帶負(fù)荷試驗(yàn)，每次加20WM，機(jī)組帶目前水頭下最大負(fù)荷130WM運(yùn)行了8分鐘，因剪斷銷剪斷信號(hào)機(jī)組停機(jī)。機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)見表3。機(jī)組帶目前水頭下最大負(fù)荷時(shí)，上導(dǎo)擺度為0.065mm，下導(dǎo)擺度為0.092mm，水導(dǎo)擺度為0.239mm（小于0.26mm），上機(jī)架的水平振動(dòng)為0.065mm，滿足設(shè)計(jì)要求，但水導(dǎo)擺度接近上限值?？刹榭匆韵铝斜頂?shù)據(jù)。

同時(shí)，該機(jī)調(diào)試運(yùn)行期間，手動(dòng)開機(jī)和自動(dòng)開機(jī)的過程中多次出現(xiàn)了機(jī)組工作門自動(dòng)落門造成緊急停機(jī)的問題。在隨后的手動(dòng)開機(jī)試驗(yàn)中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)75%時(shí)，進(jìn)水口工作門突然落下，聯(lián)動(dòng)事故配壓閥，機(jī)組被迫停機(jī)，整個(gè)過程中監(jiān)控未收到任何跳機(jī)信號(hào)，停機(jī)后檢查未發(fā)現(xiàn)異常情況。我們?cè)俅伍_機(jī)，轉(zhuǎn)速到達(dá)30%時(shí)，進(jìn)水口工作門再次落下，整個(gè)過程中監(jiān)控也未收到任何跳機(jī)信號(hào)。隨后又開機(jī)進(jìn)行瓦溫穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組正常運(yùn)行20分鐘后再次落門停機(jī)。由于機(jī)組現(xiàn)地LCU和中控室的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)都未能查找到落工作門的相關(guān)信號(hào)記錄，導(dǎo)致查找原因和處理問題的困難，進(jìn)而對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行并投產(chǎn)發(fā)電造成了影響。

3 原因分析和探討

根據(jù)以上試驗(yàn)得出的結(jié)論是：機(jī)組軸線調(diào)整已基本合格，機(jī)組運(yùn)行的瓦溫和擺度值符合設(shè)計(jì)要求。

對(duì)存在的兩個(gè)主要運(yùn)行問題，進(jìn)行了深入、進(jìn)一步的分析，a）第一個(gè)問題是水導(dǎo)擺度接近上限值。

1）水導(dǎo)擺度接近上限值的原因，根據(jù)表1、表2和表3繪制機(jī)組轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、勵(lì)磁試驗(yàn)和負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果圖見圖1所示。

圖1中A1為上機(jī)架水平振動(dòng)曲線，B1為水導(dǎo)擺度曲線。從圖1的曲線初步分析可以得出以下結(jié)論：

（1）當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，上機(jī)架的水平振動(dòng)和水導(dǎo)擺度均有較小的增大，但變化幅度很小，可以視為轉(zhuǎn)動(dòng)部分基本平衡。

（2）當(dāng)勵(lì)磁電流增加時(shí)，上機(jī)架的水平振動(dòng)不變，水導(dǎo)擺度在Y軸方向基本不變，X方向由于擺度存在跳動(dòng)，稍有增大，但變化幅值較小，說明定子與轉(zhuǎn)子間的間隙基本是均勻的。

（3）當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，上機(jī)架的水平振動(dòng)稍有減小，但水導(dǎo)擺度增大（在振動(dòng)區(qū)76.1WM 變化明顯），其振源可能來自水輪機(jī)的水力不平衡，也可能是因軸承間隙過大、主軸過細(xì)、軸的剛度不夠所引起。

（4）根據(jù)以前所做的調(diào)相試驗(yàn)的結(jié)果，機(jī)組在調(diào)相運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的振動(dòng)、擺度均很小，因此可以基本得出：在機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，水導(dǎo)擺度大是由于水輪機(jī)的水力不平衡造成的。

b）第二個(gè)問題是手動(dòng)開機(jī)和自動(dòng)開機(jī)過程中多次出現(xiàn)工作門自動(dòng)落門造成機(jī)組緊急停機(jī)機(jī)調(diào)試運(yùn)行期間，對(duì)于在手動(dòng)開機(jī)和自動(dòng)開機(jī)過程中多次出現(xiàn)工作門自動(dòng)落門造成機(jī)組緊急停機(jī)的狀況，進(jìn)行了落門停機(jī)原因分析如下：

這幾次非正常落門監(jiān)控系統(tǒng)都沒有收到任何的事故信號(hào)，但在停機(jī)后的檢查中發(fā)現(xiàn)落門繼電器9ZJ動(dòng)作（帶手動(dòng)復(fù)位指示裝置），但無法確定信號(hào)來源。

根據(jù)機(jī)組手動(dòng)控制回路設(shè)計(jì)原理圖，快速落事故工作門的信號(hào)來源有6個(gè)（見下圖）：

機(jī)組過速160%，信號(hào)取自于調(diào)速器轉(zhuǎn)速繼電器;

剪斷銷剪斷，信號(hào)取自于安裝在活動(dòng)導(dǎo)葉拐臂上的剪斷銷監(jiān)測裝置;

水位水淹廠房，信號(hào)取自于安裝在廠房底層的水位傳感器;

手動(dòng)緊急停機(jī)，監(jiān)控柜和調(diào)速器柜都設(shè)有緊急停機(jī)按鈕;

壓力鋼管漏水量大;信號(hào)取自于安裝在進(jìn)水門處的流量計(jì)，監(jiān)控系統(tǒng)通過程序計(jì)算判斷流量是否過大;

伸縮節(jié)室水位高，信號(hào)取自于安裝在伸縮節(jié)室的水位計(jì)。

在上述條件中，緊急停機(jī)按鈕在停機(jī)后檢查中動(dòng)作可靠，開機(jī)過程無人動(dòng)作緊急停機(jī)按鈕，故此信號(hào)不可能造成落門，此外，經(jīng)現(xiàn)場查看，確認(rèn)伸縮節(jié)室水位高的信號(hào)在手動(dòng)控制盤柜內(nèi)沒有接線，也就是此信號(hào)沒有接入落事故工作門停機(jī)回路，也不可能造成落門停機(jī)。因此，造成落工作門停機(jī)的可能原因只剩下機(jī)組過速160%、剪斷銷剪斷、水淹廠房、壓力鋼管漏水量大4個(gè)信號(hào)。

根據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，機(jī)組過速160%和剪斷銷剪斷的信號(hào)引入監(jiān)控系統(tǒng)，但在幾次落門停機(jī)的過程中都并未出現(xiàn)以上兩個(gè)信號(hào)。根據(jù)現(xiàn)場檢查，剪斷銷剪斷信號(hào)誤動(dòng)的可能性較大，機(jī)組過速160%可能性較小，監(jiān)控系統(tǒng)沒有記錄原因待查。壓力鋼管漏水量大這個(gè)信號(hào)來自監(jiān)控系統(tǒng)自身程序運(yùn)算結(jié)果，但監(jiān)控系統(tǒng)中未動(dòng)作有記錄，其動(dòng)作可能性也較小。此外，水淹廠房這個(gè)信號(hào)若動(dòng)作，會(huì)造成4臺(tái)機(jī)組跳機(jī)，其單獨(dú)造成該機(jī)落門停機(jī)的原因極小。經(jīng)過初步分析，推測剪斷銷剪斷的信號(hào)造成落門停機(jī)的可能性較大，并對(duì)剪斷銷信號(hào)進(jìn)行了重點(diǎn)檢查：

現(xiàn)地元器件部分：剪斷銷監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)采用的是接近開關(guān)，共有24個(gè)剪斷銷位置開關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)剪斷銷剪斷的情況時(shí)，接近開關(guān)變位，并通過尾部接線插頭的信號(hào)線傳至水輪機(jī)輔助控制柜，然后經(jīng)過柜內(nèi)的PLC模塊上傳至監(jiān)控系統(tǒng)的手動(dòng)控制屏。在檢查過程中發(fā)現(xiàn)，接近開關(guān)尾部接線插頭有松動(dòng)的情況，二次電纜的余量偏小，晃動(dòng)會(huì)造成信號(hào)跳變，可見，在機(jī)組開機(jī)運(yùn)行期間由于震動(dòng)或者接力器開度增大使導(dǎo)葉拐臂的角度增大都可能導(dǎo)致接近開關(guān)信號(hào)跳變?cè)斐烧`發(fā)信號(hào)。

軟件部分：為確認(rèn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)剪斷銷剪斷信號(hào)記錄的可靠性，調(diào)試人員對(duì)此信號(hào)進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在對(duì)剪斷銷信號(hào)的三十次不同長短時(shí)間的模擬動(dòng)作中，只在監(jiān)控系統(tǒng)中出現(xiàn)5次信號(hào)記錄，由此猜測，監(jiān)控系統(tǒng)可能對(duì)信號(hào)進(jìn)行了濾波處理，只有一定時(shí)間長度的信號(hào)才會(huì)被記錄。但是在實(shí)際機(jī)組運(yùn)行過程中，無論信號(hào)長短，一旦出現(xiàn)剪斷銷剪斷信號(hào)，通過硬接線直接落工作門停機(jī)。

4 解決方案及建議

通過對(duì)以上問題的分析，特提出以下解決方案和建議：

1）設(shè)備制造廠家根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行情況分析引起水力不平衡的具體原因，采取針對(duì)性相關(guān)措施;由于是在水導(dǎo)軸承處的振動(dòng)比其它部位較為明顯，則可能是蝸殼、導(dǎo)葉及轉(zhuǎn)輪中的水力不平衡（該水力不平衡主要來自于蝸殼、導(dǎo)葉中的不均勻流場和導(dǎo)葉開口不均勻，轉(zhuǎn)輪線型、間隙、開口不均勻）所引起的機(jī)組振動(dòng);

2）機(jī)組在做瓦溫穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)，水導(dǎo)最高瓦溫為43.91℃，因此建議水導(dǎo)抱瓦間隙還可以適當(dāng)減少，以減少水導(dǎo)的運(yùn)行擺度。

3）如有必要檢查水發(fā)大軸連接螺栓的緊度、轉(zhuǎn)輪與水輪機(jī)大軸連接螺栓的緊度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4）裝在活動(dòng)導(dǎo)葉拐臂上的監(jiān)測剪斷銷剪斷的接近開關(guān)工作穩(wěn)定性不夠，易在機(jī)組運(yùn)行過程中由于震動(dòng)而引起信號(hào)跳動(dòng)變位，并直接出口落門，造成機(jī)組停機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)剪斷銷剪斷信號(hào)做了濾波處理，無法記錄到信號(hào)瞬時(shí)跳變，但剪斷銷剪斷信號(hào)無延時(shí)直接出口停機(jī)，這對(duì)事故后的分析處理帶來困難。對(duì)接近開關(guān)尾部的電氣接線頭建議進(jìn)行焊接，同時(shí)用φ6mm鋼筋制作“┍”形角架，焊接在拐臂的適當(dāng)位置上，用以固定電纜。在機(jī)組水輪機(jī)輔助控制柜內(nèi)的PLC模塊內(nèi)修改有關(guān)程序，將剪斷銷剪斷信號(hào)加入延時(shí)（具體延時(shí)時(shí)間，由廠家確定），以躲過信號(hào)跳動(dòng)帶來的誤發(fā)信號(hào)，來加強(qiáng)剪斷銷信號(hào)的可靠性。

5 處理效果及意義

經(jīng)與主機(jī)廠家的協(xié)商討論，通過以上的處理，水導(dǎo)擺度大大減少，并對(duì)剪斷銷信號(hào)按以上建議方案進(jìn)行了處理，處理完成后開機(jī)調(diào)試運(yùn)行，開機(jī)過程中未出現(xiàn)剪斷銷誤信號(hào)落門停機(jī)的情況。

工程技術(shù)人員對(duì)電站機(jī)組調(diào)試及運(yùn)行期間水導(dǎo)擺度接近上限值以及手動(dòng)開機(jī)和自動(dòng)開機(jī)工作門自動(dòng)落門造成機(jī)組緊急停機(jī)的問題進(jìn)行了深入透徹的原因分析，提出切實(shí)可行、合理的處理方案并取得良好的效果，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行，規(guī)避了對(duì)國家電網(wǎng)沖擊的風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)束語

因此，為了電網(wǎng)的安全和設(shè)備運(yùn)行的安全，我們要對(duì)可能造成停機(jī)的信號(hào)務(wù)必進(jìn)行細(xì)致的技術(shù)認(rèn)真分析，確保各設(shè)備其動(dòng)作的可靠性，防止誤動(dòng)，避免事故的發(fā)生。我們工程技術(shù)人員在調(diào)試運(yùn)行中一定要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，將運(yùn)行中出現(xiàn)的問題深入分析及時(shí)處理。目前，水電站機(jī)組運(yùn)行正常。

作者簡介：劉華國，出生年月：1977年10月1日，性別：男，民族：漢，籍貫（**省**市）：湖南省邵陽市，學(xué)歷（位）：大專，職稱：工程師，研究方向：電氣試驗(yàn)及調(diào)試。