某水電廠主軸密封水流量中斷停機原因分析

代劍

(云南電力技術有限責任公司，昆明 650217)

1 前言

目前云南省內投產運行的水電站不斷增多。特別是汛期內，中小型水電站的庫區邊坡處理不完善、壩前攔污設備腐蝕等原因，引起技術供水的水質較差。這些電廠出現主軸密封水流量中斷引起停機的事故較多。文中記述在現場調試中出現因主軸密封水流量中斷引起的機械事故停機，分析事故原因并提出解決辦法和優化建議。

2 機組事故停機情況

在某水電廠現場調試期間，上位機發開機令后流程運行正常。機組順利到達空載狀態，機組各項參數正常。機組正常運行一段時間后，上位機簡報窗口中出現機組主軸密封水示流信號復歸報警。經檢查上位機畫面中主軸密封流量模擬量數值顯示正常。上位機畫面中的主軸密封水中斷引起的機組事故停機的軟壓板為投入狀態。主軸密封水示流信號復歸達到程序定時器設置時間延時后觸發機組機械事故停機信號，導致機組從空載轉為事故停機。

3 事故原因分析

3.1 主軸密封供水方式

為避免影響后期工作進度，首先對主軸密封供水方式現場檢查并做原因分析。該廠機組技術供水系統采用進水閥前壓力鋼管取水，自流減壓經電動濾水器過濾的單元供水方式。機組供水系統為保證可靠供水采用雙向供水且具有反沖洗功能，可防止管路堵塞，配置有技術供水濾水器及自動旋流除砂器。由于現場的環境條件，主軸密封的供水設計分為兩種模式。在非汛期時水質條件較好的情況下，經過技術供水濾水器過濾后使用主用主軸密封電磁閥對主軸密封進行供水。在汛期時水質不滿足主軸密封供水情況下，采用水輪機備用主軸密封電磁閥再經旋流式除砂器二次過濾后對主軸密封供水。

由于調試現場正處于汛期，大量的降雨使得壩前水位上升。這樣水中帶有大量的雜物和泥沙。在汛期主軸密封水使用主軸備用供水電磁閥。首先經過技術供水濾水器的初次過濾，再經自動旋流除砂器的二次過濾對主軸密封進行供水。拆開主軸密封供水管道對水質進行觀察后，發現雖然經過兩次的過濾，但是水里面的泥沙和雜物的過濾還是不夠充分。管道內污物較多是導致主軸密封供水管道內壓力波動變化的主要原因之一。這樣惡劣的工作環境下，導致主軸密封水示流信號器的監測狀態不穩定，不能準確監測管道內流量的實際情況。

3.2 測量元件和控制回路

示流信號器又名流量控制開關，用于監測管道內液體流量。主軸密封示流信號器串接在管路中，當管道內有正常流量液體通過時，示流信號器發出正常信號。當管道內液體流量低于設定值時，能自動地發出信號或報警。由于調試期間處于汛期，管道內因水質和雜物影響管內流量變化，示流信號容易引起誤報，監測信號不能正確反映現場流量的實際情況。另外主軸密封水中斷引起機械事故停機流程判斷的信號取自示流信號器接點，示流信號器工作時流量正常接點打開。但是由于示流信號器多數為主機廠家配置，質量較差，長時間帶電運行后容易燒壞、失電，接點復歸動作引起機組誤動。機組機械事故停機流程設計較簡單。在控制邏輯判斷中只取主軸密封水示流信號中斷達到定時器設置時間后，直接開出事故停機信號。

4 事故處理

4.1 主軸密封供水輔機設備的設置

針對現場主軸密封供水的水質雜物和泥沙較多，將技術供水濾水器的反沖洗時間繼電器的時間和差壓控制器的定值進行重新設置、調整。技術供水濾水器的作用是對電廠取自壓力鋼管的水源進行初濾。系統在過濾時腔內壓力保持恒定，水從濾芯的內腔向外流動。夾帶是雜質和雜物被截流在過濾介質的內表面，引起內外的腔的壓差變化。當壓差超過設定值后發出信號，控制反沖洗電機啟動同時打開排污管出口的排污閥。當反沖洗臂轉動至某一濾芯下方時，反沖洗管路與該濾芯內腔接通，過濾介質得到了沖洗同時雜質也自動排出。

反沖洗有兩種工作模式:手動、自動模式。在機組運行時一般采用自動模式。在自動模式中包括定時、差壓兩種模式。所謂定時反沖就是通過PLC可編程控制器內部的時間繼電器設置時間間隔啟動排污。PLC控制器的時間控制器動作后，啟動濾水器排污。第一，現場試驗和檢查發現，濾水器設備出廠設置的3分鐘反沖時間不能完全排除水中的大量雜物。通過調整技術供水濾水器的自動沖洗時間繼電器為5分鐘，增加技術供水濾水器的反沖洗排污時間。第二，濾水器設備安裝有差壓控制器。當切換到自動模式后，管路內的壓力變化達到設定的差壓值，啟動濾水器排污，設備出廠前差壓控制器設定值為0.4 MPa，但是較高的設定值使得設備內部的雜物未能及時清理排除，導致過濾后水質較差。這是主軸密封水示流信號器未能正確監測管道內流量的主要原因之一。經過現場試驗，最終將差壓開關的設定值調整為0.2 MPa。這樣濾水器的過濾、排污效果能滿足在汛期時對主軸密封提供合格水質，防止因水質問題影響示流信號器元件的正常工作。

4.2 機組事故停機流程邏輯回路優化

流程邏輯判斷中僅使用主軸密封水示流信號器來判斷主軸密封水工作是否正常。因為元器件本身可靠性和現場水質原因，不能實時準確的監測現場情況。首先將主軸密封水中斷延時定時器的時間由3 s增長延時時間到10 s。防止因中斷信號誤報引起的事故停機。這樣給運行人員一定的處理和判斷時間，以保證不因信號誤報導致停機。第二，在主軸密封的供水管道增加安裝西門子的流量計，用于對主軸密封流量進行實時監控和測量。在流程邏輯判斷中，增加對主軸密封流量模擬量中斷進行判斷。將4～20 mA的模擬量信號進行數據轉換，再與設定的主軸密封流量額定值進行比較判斷，通過測序中的比較判斷發出主軸密封流量中斷信號。第三，增加配置一個壓力控制器，監測管道內壓力的是否滿足工況。當管道內壓力降到主軸密封額定工作壓力以下，通過壓力開關的無源節點信號送至監控系統。避免出現示流信號器因管內水質問題產生的信號誤動現象，確保信號判斷的準確性。同時將主軸密封壓力轉換為4～20 mA的模擬量信號送至監控系統。運行人員可以通過上位機畫面監視主軸密封工作壓力。

通過邏輯回路的優化，確保主軸密封水中斷邏輯判斷更為準確和可靠。主軸密封水流量中斷停機邏輯控制回路修改后如圖1所示。

圖1 修改后的主軸密封水流量中斷停機邏輯控制回路

5 結束語

通過設置和優化，機組在后期調試及運行中未出現因主軸密封水流量中斷而引起停機。這不僅解決了現場的實際問題，也滿足機組安全可靠運行的需要。同時，應該加強對主軸密封的日常維護和檢修工作，避免因此類故障引起機組停機，確保發揮機組的最大經濟效益。

［1］DL/T 5081－1997.水力發電廠自動化設計技術規范［S］.中國電力出版社.

［2］GE PLC指令培訓手冊 ［Z］.GE Fanuc Automation.