引起水電機組異常的發電設備缺陷及故障分析

唐衛平

（湖南省電力公司科學研究院，湖南 長沙 410007）

結合2011年湖南省電力公司科學研究院對省內統調水電廠開展的技術服務工作，就技術監督網內主要水電廠發生的缺陷及障礙進行初步分析，提出了應對措施。

1 發電設備缺陷及故障類型

2011年技術監督網內水電廠較典型的機組異常及障礙共計18臺次,綜合分析引起機組異常的發電設備的缺陷及障礙的原因有4類。

1.1 設備本身存在先天缺陷或安全隱患

（1）2011年2月19日，凌津灘水電廠1號機組C修過程中發現發電機定子線棒槽底墊條、槽襯紙竄出線槽，定子鐵心齒壓條移位等問題。經分析，該重大缺陷是由于設計、安裝等方面存在先天性缺陷所導致，并在運行中逐漸發展，非突發性，經電廠組織現場檢查討論初步確定機組可以監視運行。消除該缺陷的根本辦法是將發電機定子鐵心重新收緊，并對線圈在槽內的嵌裝工藝進行改進。

（2）2011年5月13日，黑麋峰抽水蓄能水電廠2號機組消防管出現裂紋，由于機組消防管取水來自機組尾水管，處理裂紋需要將尾水管排水后方能進行，2號機組被迫退出備用。

（3）2011年6月15日，凌津灘水電廠5號機組轉輪室環法蘭焊縫出現滲水，檢查發現5號機組環法蘭焊縫共20 m左右，其中有16 m范圍出現了大量超標裂紋，嚴重影響機組安全運行，成為影響電廠安全生產的重大安全隱患，機組被迫申請轉臨時檢修處理。通過現場全面檢查、原因分析和處理方案分析研討，結合現場振動試驗及模態仿真計算結果，確認凌津灘4～9號機組排水環設計剛度不足，加之當時加工條件限值導致機組運行工況排水環振動過大，因振動引起焊縫的疲勞破壞導致大量裂紋產生。

（4）2011年8月15日，空洲水電廠1T 310斷路器炸裂，開關柜起火。10.5 kV母差保護動作引起10.5 kV I母失壓，切1G、2G，1T復合電壓閉鎖低壓側過流保護動作跳閘。對故障進行原因分析，發現1T 310斷路器在投產時受當時條件局限，只能選擇容量小于設計值的3000 A的斷路器，運行期間由于電流大，接頭發熱導致溫度偏高，最終發生炸裂引起開關柜起火，解決措施為將310斷路器更換為容量為5000 A的隔離刀閘。電廠對此類問題未引起足夠重視，沒有及時更換存在先天不足的設備，導致類似問題再次發生。2010年8月30日342斷路器真空瓶炸裂導致10 kV II母母差保護動作跳320、332、342斷路器，342斷路器轉檢修處理。

1.2 設備運行維護管理不到位

（1）2011年3月17日，五強溪水電廠5號機組由于差動保護動作引起機組跳機。分析原因為差動保護用TA二次回路絕緣擊穿，電流二次回路外絕緣損壞，運行中對地放電導致差動保護誤動作。

（2）2011年4月7日，空洲水電廠3G漏油泵出口密封損壞，機組退出備用處理。

（3）2011年4月15日，黑麋峰抽水蓄能水電廠3G勵磁變電纜間歇性放電，3T不能維持運行，3T事故轉冷備用處理。

（4）2011年4月15日，碗米坡水電廠3號機組3T跳閘。疑為3號機組停機過程中，諧振過電壓引起零序過電壓保護動作跳3號主變630斷路器。

（5）2011年6月6日，東坪水電廠1號機組發生水導燒瓦事件。經分析，水導軸承高壓頂起回路壓力降低，軸承潤滑油膜厚度不夠，造成水輪機主軸與水導軸承瓦發生干摩擦，是造成水導軸承軸瓦燒損的直接原因。調查發現:2011年5月29日～30日期間以及2011年6月1日～2日期間，3號、1號機組運行時水導擺度超限報警信息均較少，從2011年6月5日17:00～2011年6日2:00，1號機組運行中水導一直頻發擺度過大報警soe信息，水導瓦干摩擦已引起水導擺度超限，但未引起重視。對機組振動擺度過大報警后運行人員如何干預問題，應作出明確規定并實施。

（6）2011年8月17日，近尾州水電廠1號機組C級檢修開工，8月22日進行轉輪盤車時發現有異常的金屬撞擊聲。8月27日解體轉輪錐形端蓋、泄水錐后，發現4片槳葉操作機構雙連板圓柱銷的8顆壓板螺栓 （M20×70）有5顆被齊頭剪斷，造成圓柱銷脫出撞擊輪轂發出異常的金屬撞擊聲。該問題由于及時發現并處理正常，避免了運行中重大事故的發生。

（7）白漁潭水電廠7號機組在2011年3季度的檢修中，3號機組檢修完畢開機后，發現槳葉到一定開度后不能繼續打開，停機檢查發現槳葉耳柄與操作架的聯接螺桿斷裂。經檢查分析，聯接螺桿斷裂的主要原因是由于設備投運時間長，機組許多部件存在老化或達到壽命期限，運行幾十年從未對其進行檢驗和更換。

（8）2011年9月12日，賀龍水電廠1號機正常運行中，由于勵磁調節器故障，無功進相到-22.8 MV·A，發電機失磁保護動作跳機，后聯系廠家將勵磁調節器的板子更換后正常。以往機組進相試驗表明，機組額定負荷情況下最多只能進相-2 MV·A。該問題反映出電廠勵磁調節器可靠性降低，1號機組勵磁調節器運行時間長達7 a，經常出現故障，日常運行中需加強對老舊設備的檢查和試驗檢查，必要時進行更新改造，以確保設備的安全運行。

（9）2011年9月25日，魚劍口水電站3號機勵磁調節器故障，勵磁調節器處于失去恒電壓運行方式的正常備用工況，造成機組安全運行隱患。分析故障原因為:一是3臺發電機勵磁調節器裝置已運行近7 a，各類集成電路板都開始不同程度的老化變質；二是電站各次大、小檢修均沒有對調節器各類集成電路板進行除灰清掃和干燥處理，造成了集成電路板加速老化變質。

1.3 技術管理工作不細致

（1）2011年3月11日、14日，銅灣水電廠3號機組連續出現2次由于調速器逆功率保護動作造成機組跳機。分析原因為主配壓閥在運行中出現發卡的現象 （偏關側），機組并網運行時導葉關閉導致機組逆功率保護動作跳機。

（2）2011年6月15日銅灣水電廠出現2號機組由于空冷器冷風回路測溫故障引起機組跳機，10月5日銅灣水電廠出現3號機組由于空冷器熱風回路測溫故障引起機組跳機，經檢查分析原因為機組溫度保護邏輯有問題。

針對上述故障，建議電廠對水機保護邏輯開展全面檢查，對諸如空冷器冷風溫度異常即作用于停機這樣的保護合理優化，避免機組非停的發生。

1.4 其他因素 （外力破壞、環境影響等）

2011年7月27日，關門巖水電廠110 kV江關線15號桿下由于樹木傾斜，影響線路正常運行，被迫將線路轉檢修處理。

2 發電設備缺陷及障礙中安全生產的薄弱環節

2.1 全過程技術監督及管理

全過程技術監督及管理涉及到設計、選型、制造質量控制、出廠檢驗及驗收、現場安裝、投運后性能評價、運行維護、檢修、狀態評價、技術改造、退運等諸多環節，每個環節均應有完善的質量控制和技術監督措施，并逐項跟蹤落實。對于各類缺陷及障礙中涉及到設備先天缺陷或安全隱患的，說明在建設初期對設備質量控制、運行可靠性的掌控方面存在缺失，必須從源頭加強安全和質量控制。對關鍵部件的結構設計、技術參數確定、設備選型及運行中可能出現的問題應進行技術分析，必要時要進行模態仿真計算，復核強度和安全。2011年出現的定子鐵心齒壓條移位、轉輪室環法蘭焊縫出現裂紋滲水、斷路器炸裂、消防管出現裂紋等問題在很大程度上與結構設計、設備選型選材等有一定關系，必須加強設計、制造及建設初期的技術監督，做好事前預控。

2.2 設備的精細化管理

技術監督 （控）網內各水電廠生產人員普遍偏少，工作任務重，壓力大，在設備的管理上，對宏觀、較明顯的問題一般較重視，但在設備的精細化管理方面還存在較大的差距。主要表現在各廠不同程度地存在保護定值單中定值與現場實際整定值不符、AGC參數設置與實際不符、現場設備標示不規范、試驗及試驗報告的完整性和準確性不夠等問題。在日常維護和管理中，對由于設備運行環境較差（潮濕、灰塵、振動等），可能引起個別保護誤動、拒動、啟停設備的保護定值產生漂移等現象估計不足，未在兩次檢修間隔期間根據實際情況開展關鍵設備和裝置的定期檢查、檢驗；對易損壞、易引起機組停運的密封件重視不夠，未規范密封件的定期檢查、定期更換工作；對本廠各類緊固件、聯接件、預埋件未建立明晰臺帳，對關鍵部位的聯接螺栓的型號、規格、材質、運行時間、檢查周期、檢驗方法、更換等未能有效掌控，導致在設備的運行維護方面存在死角，必須重點加強設備的精細化管理，確保設備的運行安全。

2.3 缺陷及反措的清理整改

俄羅斯發生水電站特大事故后，各水電廠不同程度加強了設備缺陷和不符合反措的清理，但存在缺陷清理不全面、整改措施不具體、跟蹤閉環不到位現象，發電設備缺陷及障礙頻發，安全風險時刻存在，這方面以新投運電廠、技術監督工作起步較晚電廠、技術管理或技術力量薄弱的電廠問題較為突出。新投運機組運行初期問題較多有其客觀原因，設備處于磨合期，但對運行中出現多次的重復性缺陷，應予以高度重視，要根據實際情況，聯合設計、廠家和有資質的技術機構開展專項研究，制定切實可行的整改措施并跟蹤落實。對保護設計配置不符合實際，個別保護流程存在缺陷和不足，保護邏輯不合理的各類涉及到機組安全穩定運行的保護應進行全面清理，優化保護配置和邏輯流程。

設備老化明顯且技術管理或技術力量薄弱的電廠，在缺陷及反措的清理方面尤其要引起電廠及主管部門的高度重視，缺陷整改在措施上要定計劃、定人員、定時間；在執行上要分階段、分步驟落實；在管理上要開展中間檢查、階段驗收、改后評價，確保設備的安全。

在防止外力破壞方面，要根據相關反措要求，結合電廠實際開展多層次的安全清查和整改，對各種可能的安全隱患進行事故預想和控制，避免外力破壞事件的發生。

3 保障機組安全穩定運行的措施

（1）加強自動化安全隱患排查和基礎自動化元件改造。自動化安全隱患易導致機組非停甚至設備損壞和電網事故的發生，水電廠要重點結合維護和檢修，扎實開展自動化安全隱患排查，特別是一些直接涉及到事故停機和緊急事故停機的信號、保護流程和控制邏輯以及各裝置的供電情況、電源系統的負載情況等。對使用年限很久的電磁配壓閥等自動化元件重點跟蹤，一旦出現問題應立即對同批次產品進行處理。對影響保護投運，影響停機的重要自動化元件根據其工作情況進行綜合評估，對運行狀況不佳的列入檢修計劃，結合檢修期統一處理。

（2）加強與電力調度部門的溝通合作，繼續優化完善機組運行方式和AGC控制策略。水電廠AGC的實施存在許多工程化問題，關鍵點是既要保證電網對負荷響應速度和負荷調節精度的要求，又要保證機組如何避開機組運行 “振動區”，維護其安全運行。因此，必須加強水電廠、電力調度部門、相關技術部門的溝通合作，根據通過現場監測和專項試驗確定的各廠機組振動區和 “禁運區”，在水電廠AGC控制策略中，根據水頭的變化實時確定所有參與AGC機組的聯合振動區，實時上報電力調度部門，調度部門AGC根據各廠上報的聯合振動區依據一定的策略合理避開機組 “禁運區”。

（3）規范和加強水電廠機組狀態監測的管理和應用。機組狀態監測是實時掌握設備狀況，維護安全穩定運行的重要手段。技術監督網內各水電廠不同程度存在對機組狀態監測的巡視維護死角，缺陷跟蹤記錄及處理不及時，機組振動過大報警時的分析、干預和處置措施不完善等問題，機組運行的安全風險時刻存在，不容忽視。必須充分利用機組狀態監測系統，實時分析掌握設備狀況，加強對設備運行狀況的掌控，為安全運行提供可靠指導。各廠要持續完善機組振動過大報警時的分析、干預和處置措施，保障設備安全。在精密點檢和設備狀態評價的基礎上，以設備狀態為依據，推進發電設備狀態檢修工作的穩步開展。

（4）高度重視低水頭燈泡及軸流式機組的安全穩定運行問題。近年來，低水頭軸流及燈泡貫流式機組設備問題較多，主要表現在機組流態不佳，機組振動引發排水環裂紋，導葉及槳葉控制機構關鍵聯接件及螺栓松動、斷裂，銅套磨損加劇，漏油現象頻繁，過渡過程調節品質不好，協聯關系與設計存在偏差等方面，機組的穩定及經濟運行受到較大影響。對這些問題的處理一是要加強狀態監測分析和跟蹤，合理調度機組并優化機組運行方式；二是要加強運行巡視維護，加強檢修的質量控制，對重要的聯接件、緊固件、預埋件等密切跟蹤；三是要從技術和安全上開展優化運行和專項研究，分析問題原因，探討解決辦法，結合檢修和技改采取針對性措施，落實整改后的驗收和評價。

（5）重視和不斷規范檢修工作。應加強對檢修時發現的設備隱患整改、檢修中涉及的重大技改、檢修工藝及質量控制、檢驗試驗及檢修后性能考核評價等工作。部分水電廠檢修采用外委方式，在按規程、標準開展檢修中的測試、檢修、檢驗及試驗方面資料存在不同程度缺項、無記錄現象，應加強這方面的管理，對每項檢修工作要做到四有，即“有數據、有標準、有分析、有結論”。確保檢修工作質量、檢修中的技術安全和檢修后一次啟動成功。

（6）深化技術培訓，不斷提高專業人員素質和技術監督水平。近年來，國內水電廠設備的更新改造，新技術的采用和自動化水平的不斷提高，均對技術監督專責及專業技術人員的素質提出了更高的要求。部分水電廠技術人員素質及技術水平參差不齊，從業資質、持證上崗還未實現規范管理和步入考核—改進—提升的軌道，不能滿足生產和安全工作需要，亟待改進和提高。建議各水電廠結合實際情況，開展多種形式的技術培訓，不斷提高生產人員專業水平，確保對設備的掌控。