水輪發電機組蠕動事故分析及處理

【摘要】機組蠕動對機組軸承危害甚大。對于立式結構的機組，機組蠕動主要損害推力軸承;對于臥式結構的機組，蠕動對導軸承和推力軸承都會產生危害。機組蠕動時間過長，容易導致干摩擦燒瓦事故。對于易發生蠕動的高水頭機組或轉動慣量較小的機組，一般都會加裝蠕動探測器。如果機組在停機狀態下開始蠕動，蠕動探測器將動作報警，機組剎車裝置將自動投入。對于中低水頭機組，發生機組蠕動的概率較小，但小概率并不代表不會發生。因為概率小，設備檢測可能有空白，運行人員也容易忽視。本文通過一起水輪機導葉關閉不嚴引起的水輪發電機組蠕動事故分析及處理并提出了防范措施，旨在提醒同行“禍在一時，防在平時。”希望本文能引起對高風險小概率事件的關注。

【關鍵詞】水輪發電機組 ;蠕動;剪斷銷;攔污柵;防范措施

柘林水電廠位于江西省北部永修縣境內修河中游末端，是一座以發電為主，兼有防洪、灌溉、航運、養殖等綜合效益的大Ⅰ型水利水電工程。壩址以上控制流域面積9340平方千米，電站有A、B兩座廠房，A廠有四臺4×48MW的機組（1F～4F），其水輪機型號為HL123-LH-410;最高水頭 45m，額定水頭38.5m，最小水頭25m，轉輪葉片數14片，固定導葉數24片，活動導葉數24片。B廠有兩臺2×120MW組（5F和6F），水輪機型號為HLA551C-LJ-691。最大水頭43.9m，加權平均水頭36.5m，額定水頭35.5m，最小水頭26.4m，轉輪葉片數13片，固定導葉數24片，活動導葉數24片。其導水機構主要由底環、導葉、頂蓋、連桿、拐臂、控制環、鎖錠裝置等組成。柘林水電廠總庫容為79.2億立方米，庫區兼有養殖和旅游等綜合性功能。柘林水電廠是江西電網的主調峰、調頻電廠之一，機組啟停頻繁。A、B廠進水口區域均有攔污排;機組進水口設有框柵式結構的攔污柵。攔污柵由邊框、橫隔板和柵條構成，支承在混凝土墩墻上，用鋼材制造。采用人工撈渣的方式。洪水期，山上枯枝、樹葉或被沖散的網箱竹木等較多。因洪水期水電機組以發電為主，很難滿足安規打撈雜物的作業條件，導致雜物無法及時打撈。當機組在停機過程中，導葉間恰有雜物，導葉就容易被雜物卡住，輕則導葉關閉不嚴，重則機組剪斷銷剪斷，導致機組無法正常停機，產生機組轉速小于5%Ne的蠕動現象，

1.事故概況

2011年1月4日，剛接班的運行值班人員巡屏時發現：已經停機的#5發電機組單元監視畫面上轉速棒圖有顯示，導葉開度較平時也有所偏大，值班人員赴現場檢查，機組確實在低速轉動。當時判斷機組發生低速轉動是因為上值值班人員機組自動停機過程不到位，沒有及時發現機組風閘未自動投入而造成的。我廠機組自動加閘轉速是15%Ne，由于機組未制動導致轉速持續下降，最后發生低轉速即蠕動現象。發現此現象后現場運行值班人員立即對#5機組進行手動加閘操作。手動加撤閘停機成功后，開機條件滿足。隨后數分鐘，運行人員發現#5機組又開始發生蠕動，現場值班人員立即對#5機組進行了手動加閘操作，并保持在加閘狀態，防止機組再次發生蠕動。同時進行原因查找，發現系導葉關閉不嚴引起的，其中#15、#16剪斷銷已變形但未完全剪斷，因此剪斷銷信號裝置未發出報警信號。

2.故障初步診斷

因柘林水庫兼有養殖和旅游功能，洪水期雜物較多，雖有攔污排和攔污柵等，但還是會有雜物通過攔污柵進入到水輪機導水機構。柘林水電廠是江西電網主調峰、調頻電廠之一，機組啟停頻繁，而《國家電網公司電力安全工作規程（水電廠動力部分）》明確規定：①攔污柵清掃或檢修應在靜水中進行，工作前應做好防止突然來水的安全措施;②機組攔污柵應在停機時進行清掃或檢修，并做好防止機組啟動的安全措施;③攔污柵水下作業應由專業的潛水人員進行;④機組進水口攔污柵潛水作業，所作業的機組及相鄰機組應停機，同時應做好確保潛水工安全的措施。

人工打撈條件的在以發電為主的主汛期很難滿足，所以不能及時打撈雜物的情況經常發生。這就增加了雜物進入水輪機的風險，導葉無法完全關閉的概率增大。剪斷銷信號器有時會出現剪斷銷剪斷未完全剪斷而沒有發出報警信號的現象，這次事故就出現了這種情況，現場工作人員立即對剪斷銷進行逐個檢查。最后發現是靠近蝸殼出水口處#15、#16剪斷銷已嚴重錯位但尚未剪斷。

3.故障處理、確定及防范措施

3.1 問題確定

事故定論：#5機組正常停機過程，#15、#16導水葉間有雜物以致導葉無法正常完全關閉，導葉間仍有較大間隙，機組在水動力作用下又再次轉動起來，且剪斷銷受剪切應力作用下已發生嚴重變形，但尚未剪斷，未及時發出告警信號。更換剪斷銷并對導葉進行調整后，機組未出現蠕動現象，可以證實此次機組蠕動的原因是由導葉關閉不嚴，導致導水葉被水沖開引起的。

3.2 故障處理

當值人員立即向中調申請，#5機組關閉工作閘門，退出備用處理缺陷。運行人員做好關閉工作閘門，排除蝸殼積水等安全措施后，將調速器切機手動并配合檢修人員更換了#15、#16號剪斷銷，并調整導水機構。經開停機試驗后，機組自動加撤閘正常，未再發生撤閘后蠕動現象。

3.3 防范措施

（1）在庫區一定范圍內安裝攔污排并在進水口安裝攔污柵。攔污柵柵條間距不僅應視污物大小、多少和運用要求而定;還應與水輪機型號及尺寸大小相適應，以保證通過攔污柵的污物不會卡在水輪機過流部件中為準。（2）定時清渣，洪水期，條件許可的情況下必須抓緊時間清渣，若雜物較多，可以向中調申請停機后清渣。（3）有條件的可以安裝蠕動探測器，加強對機組停機狀態的監視，一旦機組發生蠕動，蠕動探測器將動作報警，機組制動裝置將自動投入。（4）加強運行值班工作。值班人員對停機狀態的機組也必須等同運行機組一樣監視。做好事故預想，發生機組蠕動事故，確保第一時間，人工手動干預，將制動裝置投入。

4.結束語

通過本次事故的分析，不難發現機組蠕動也可能發生在中、低水頭的水輪發電機組身上。水電廠值班人員要有此認識，并采取積極的應對措施，才能保證當這類小概率高風險的非常態突發事件發生時，值班人員能正確處理和有序控制。

參考文獻

[1]劉時貴，李娜，馮英，伍英巖.水輪發電機組蠕動監測技術[J].東方電機，2009（5）.

[2]李啟榮.水電站機電設備運行與檢修技術問答[M].北京：中國電力出版社，1996.

[3]柘林水電廠水輪機安裝說明書.

[4]《國家電網公司電力安全工作規程（水電廠動力部分）》[M].北京：中國電力出版社，2008.