瀑布溝水電站機組運行可靠性分析

2010-01-15 02:38:56李葉，王寅

水電站機電技術 2010年6期

李葉，王寅

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川漢源 625304）

瀑布溝水電站機組運行可靠性分析

李葉，王寅

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川漢源 625304）

水輪發電機組的穩定可靠運行不僅是對機組自身穩定性的一種保障，也是對電網安全穩定運行的可靠保障。針對瀑布溝機組運行中存在的若干隱患，提出有效的整改防范措施，降低機組強迫停運以及事故停運的可能性，不斷完善、優化運行，提高機組可靠性，保障電力系統的安全穩定。

機組；可靠性；運行

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電系統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，裝設6臺600 MW的混流式水輪發電機組，在系統中擔負調峰、調頻及事故備用，枯水期擔負峰腰荷，豐水期主要擔負基荷和部分腰荷，是四川電力系統中的骨干電站之一。

引水發電系統布置在左岸山體內，為地下廠房三洞室結構。瀑布溝水電站按無人值班原則設計，正常情況下由大渡河流域梯級水電站成都集控中心（簡稱大渡河流域成都集控中心）統一調度運行。

工程于2004年3月開工建設，2009年底首批兩臺機組發電，計劃2010年底全部投產。

1 水輪發電機組可靠性的意義及影響

機組可靠性是衡量機組設備質量的重要技術經濟指標。大型水輪發電機組裝機容量的增加以及自動化水平的提高，機組的可靠性問題已引起高度的重視，并且逐漸成為機組設備市場競爭的焦點和機組穩定運行的保障。對瀑布溝水電站機組可靠性的研究和分析，有利于更好的掌握機組運行規律，控制機組運行時的風險點，保障大型水電站安全、穩定、可靠運行。進而保證電力系統的安全穩定可靠運行。

2 瀑布溝水電站機組主要參數（表1）

表1

3 瀑布溝水電站機組運行可靠性的若干隱患

3.1 瀑布溝水電站機組振擺問題

由于瀑布溝電站機組在系統中主要擔負系統調峰、調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區范圍附近運行。這不僅嚴重影響了機組的使用壽命，也降低了機組運行的安全穩定性。因此，對于瀑布溝電站來說，如何既能滿足調度對電力生產的要求，又能提高機組的運行穩定性具有十分重要的現實意義。

當機組在低水頭、低負荷、高水頭、超負荷以及空載運行工況下，水輪機的振動程度隨之而不同。振動是旋轉機械不可避免的現象,若能將其振幅限制在允許范圍內,就能確保機組安全正常運行。但較大振動對機組安全是不利的,它可能使機組各連接部件松動,使各轉動部件與靜止部件之間產生摩擦甚至掃膛而損壞；引起零部件或焊縫的疲勞、形成并擴大裂縫甚至斷裂；尾水管低頻壓力脈動可使尾水管壁產生裂縫；當其頻率與發電機或電力系統的自振頻率接近時,將發生共振,引起機組出力大幅度波動,可能會造成機組從電力系統中解列,甚至危及廠房及水工建筑物。俄羅斯薩揚水電站因機組振擺過大發生的“8.17”重大安全事故以血的教訓證明了此危害之大。

瀑布溝水電站的3號、5號水輪發電機組的振擺情況較4號機、6號機稍大，尤其3號機機組在運行過程中振擺過大，歷史最高點下導振擺高達至接近700μm。3號機組曾多次因為振擺過大，不得不下令嚴禁調整負荷以保機組穩定，最終迫使3號機組申請停機。

針對以上問題，采取以下降低機組振擺的具體措施：

（1）采用狀態監控系統，全面掌握機組運行數據。

20 世紀90年代以來，以水輪發電機組振動監測和分析為主的系統（包括在線和離線監測）開始在水電廠中實施運用，對運行機組的穩定性監測和故障分析取得了較好的作用，為真正實現水電廠“無人值班”（少人值守）的運行方式和由預防性、定期性檢修向狀態檢修轉換提供了保證。瀑布溝電站在線監測裝置通過對水力機組的運行穩定性（包括振動、振擺、壓力脈動等物理量）、定轉子空氣間隙、水輪機空化噪聲、發動機局部放電、發電機故障錄波、變壓器局部放電和油色譜等的在線監測，同時聯合計算機監控系統的監測信息，針對電廠機組，建立功能較為完備的跟蹤分析系統，提供報警、預警、狀態分析、性能評價、故障診斷等一系列工具和手段，為機組的安全運行，優化調度和檢修指導提供有力的技術支持。同時利用在線監測數據和處理結果，綜合計算機監控系統等信息和專家知識，綜合MIS及計算機監控系統等信息和專家知識，進行故障分析及診斷，實時掌握水輪發電機組健康狀況，為狀態檢修提供輔助決策并實現與其他系統的信息共享，并為MIS系統提供數據。其振擺狀態監測與故障診斷的測點布置見表2：

表2 機組水輪發電機組狀態監測測點布置清單

（2）合理安排機組運行方式，確保機組運行在最佳工況。

通過進行各水頭穩定性試驗，瀑布溝電站逐步掌握了各機組在不同水頭下的運行穩定區域，優化分配各機組負荷，避免機組在振動區運行。既完成了發電任務，同時又最大限度地保護了機組。

（3）加強設備整治和改造，努力提高檢修工藝水平。

通過長期對設備的監視觀察、數據統計分析，對振動過大的機組進行設備整治和改造，進一步改善了機組可靠、穩定運行。如對振擺過大的瀑布溝3F機組采取拆除下導油槽密封碳精塊后，3號機組振擺良好，穩定至100μm左右。

通過完善監測手段和進行大量的試驗工作，瀑布溝水電站獲取了機組運行的大量特征數據。這些數據取得后，不僅為調度、運行人員合理安排機組運行方式、確保機組在最優工況下運行提供了參考，還可通過日常巡回檢查及時掌握設備運行狀態、及早發現缺陷和設備隱患，對檢修周期和檢修方案的確定具有極大的指導作用，同時還為電廠今后實現狀態檢修打下了堅實的基礎。

3.2 瀑布溝水電站機組測溫電阻問題

瀑布溝電站自投產發電以來，定子線圈、水導軸承、下導軸承、空冷頻繁出現瓦溫跳變等異常情況，其原因多為測溫電阻損壞。該處采用Pt100測溫電阻,采用三選二的測溫方法，即當相鄰3點有2點測溫值到達報警值時則事故停機。因此當出現測溫值跳變時，為保障機組運行的安全性，不得不采用接至備用電阻或甩線待停機處理等方法。Pt100測溫電阻靈敏度高、測量精確高，在低溫測量中有廣泛的應用，但元件的穩定性較差、容易老化。針對該電阻易損壞的特點，瀑布溝電廠對測溫回路電纜的屏蔽層進行了專項整治，采用屏蔽層單端接的方式，降低測溫回路的電磁干擾強度，降低電阻損壞的機率。