某75MW水電機(jī)組反轉(zhuǎn)異常分析及處理

摘 要：以某低水頭水電廠為例，停機(jī)后機(jī)組反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，對4號機(jī)組反轉(zhuǎn)情況進(jìn)行了監(jiān)測、試驗(yàn)分析后，找到了反轉(zhuǎn)現(xiàn)象具體原因，并制定了相應(yīng)措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)組反轉(zhuǎn)；導(dǎo)葉漏水量；導(dǎo)葉間隙

1 概述

某電廠為低水頭河床式水電廠，裝有4臺單機(jī)容量為75MW的軸流式水輪發(fā)電機(jī)組，擔(dān)負(fù)福建電網(wǎng)基荷、調(diào)頻、調(diào)峰和事故備用等任務(wù)。2011年6月份以來，4號機(jī)組時(shí)常出現(xiàn)機(jī)組正常停機(jī)后機(jī)組反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。低轉(zhuǎn)速反轉(zhuǎn)運(yùn)行，軸瓦間油膜不足，對各導(dǎo)瓦有損傷，影響機(jī)組安全。在對4號機(jī)組反轉(zhuǎn)情況進(jìn)行了監(jiān)測、試驗(yàn)分析后，找到了反轉(zhuǎn)現(xiàn)象具體原因，并制定了相應(yīng)措施。

2 反轉(zhuǎn)情況

2016年7月19日下午現(xiàn)場勵磁缺陷處理開機(jī)空載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)4號機(jī)組正常停機(jī)制動系統(tǒng)撤閘（加閘時(shí)間為80秒）后，機(jī)組出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，機(jī)組反轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速為5%～6%ne。

如無繼續(xù)加閘，則機(jī)組反轉(zhuǎn)現(xiàn)象不會消失。而后機(jī)組制動系統(tǒng)遠(yuǎn)方手動加閘10分鐘，手動撤閘后機(jī)組反轉(zhuǎn)現(xiàn)象消失。

3 反轉(zhuǎn)原因查找試驗(yàn)

（1）斷開機(jī)組勵磁滅磁開關(guān)，機(jī)組開機(jī)空轉(zhuǎn)3分鐘，機(jī)組自動停機(jī)，制動系統(tǒng)撤閘后，機(jī)組緩慢反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速5%～6%ne。（2）機(jī)組轉(zhuǎn)冷備用狀態(tài)，斷開機(jī)組出口刀閘6341，斷開電調(diào)與儀用PT刀閘6342，斷開勵磁PT刀閘6343，斷開勵磁變刀閘6344。（接線圖見圖1）（3）機(jī)組手動開機(jī)空轉(zhuǎn)3分鐘，機(jī)組手動停機(jī)，機(jī)組自動制動撤閘后，機(jī)組出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。（4）在調(diào)速器機(jī)柜，手動投入調(diào)速器急停閥，停機(jī)狀態(tài)下，緊停油壓作用讓導(dǎo)葉全關(guān)，保證導(dǎo)葉立面間隙漏水更小些，但機(jī)組反轉(zhuǎn)現(xiàn)象未消失。（5）機(jī)組自動開機(jī)空轉(zhuǎn)3分鐘，機(jī)組自動停機(jī)過程中，人員至水車室頂蓋處檢查四個(gè)真空破壞閥動作補(bǔ)氣正常。不存在機(jī)組停機(jī)全關(guān)導(dǎo)葉后，因?yàn)樵趯?dǎo)葉后形成真空，使尾水水流回流，導(dǎo)致機(jī)組反轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生。（6）機(jī)組停機(jī)后，檢查水車室內(nèi)主軸密封處未發(fā)現(xiàn)補(bǔ)氣現(xiàn)象。（7）機(jī)組停機(jī)后，在水車室內(nèi)有聽到水下部分有漏水聲音。懷疑是導(dǎo)葉漏水量較大而引起機(jī)組反轉(zhuǎn)，因?yàn)?號機(jī)組導(dǎo)葉下端面間隙相對其它機(jī)組更大，在導(dǎo)葉下端面密封被水流沖失情況下，造成導(dǎo)葉下端面間隙處漏水，水流以逆時(shí)針方向形成環(huán)量，以致于機(jī)組停機(jī)后反轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生。而后進(jìn)行第二次開停機(jī)試驗(yàn)，在機(jī)組停機(jī)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)行啟閉水輪機(jī)槳葉試驗(yàn)，槳葉開啟在一定開度時(shí)，機(jī)組反轉(zhuǎn)；當(dāng)槳葉全關(guān)時(shí)，機(jī)組停止反轉(zhuǎn)。

4 原因分析及處理

4.1 原因分析

由試驗(yàn)（1）（2）可以排除電氣因素造成機(jī)組反轉(zhuǎn)的可能性，故引發(fā)機(jī)組反轉(zhuǎn)的原因在水力因素方面。

由試驗(yàn)（3）（4）可以排除由于調(diào)速器原因引起的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

原先疑點(diǎn)：4號機(jī)組右邊為01號機(jī)組，因?yàn)?1號機(jī)組處運(yùn)行狀態(tài)，對4號機(jī)組停機(jī)后尾水管內(nèi)水流造成波動，進(jìn)而引起反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。由試驗(yàn)（6）可以排除上述疑點(diǎn)。

由試驗(yàn)步驟（7）可以判斷出機(jī)組反轉(zhuǎn)是由于導(dǎo)葉漏水量較大引起，導(dǎo)葉漏水沖擊槳葉背面，使水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪具有的反向驅(qū)動力矩大于摩擦力矩引起機(jī)組反轉(zhuǎn)。水電機(jī)組停機(jī)后，導(dǎo)葉漏水量較大時(shí)出現(xiàn)正轉(zhuǎn)現(xiàn)象較為常見，而停機(jī)后出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象極為少見。專業(yè)技術(shù)人員打破固有慣性思維，提出了引發(fā)機(jī)組反轉(zhuǎn)的原因依然是較大的導(dǎo)葉漏水造成，只是通常的導(dǎo)葉漏水具有順時(shí)針環(huán)量，而4號機(jī)組的導(dǎo)葉漏水卻具有異常的逆時(shí)針環(huán)量。機(jī)組停機(jī)中為避免出現(xiàn)抬機(jī)和加速制動，水輪機(jī)槳葉并非處在全關(guān)位置，而是處于空載開度位置。4號機(jī)組具有逆時(shí)針環(huán)量的導(dǎo)葉漏水則正是通過推動半開啟的槳葉驅(qū)動水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動機(jī)組反轉(zhuǎn)的。試驗(yàn)結(jié)果與先前專業(yè)技術(shù)人員的預(yù)測完全吻合：即槳葉全關(guān)時(shí)機(jī)組停止反轉(zhuǎn)，而當(dāng)槳葉開啟到一定開度后機(jī)組又開始反轉(zhuǎn)。

4.2 應(yīng)對處理措施及結(jié)果

由于機(jī)組處于迎峰度夏時(shí)節(jié)，并且無檢修安排時(shí)間，故4號機(jī)組停機(jī)后延長機(jī)械制動時(shí)間，讓推力瓦與鏡板間的油膜得到較充分排擠以增大機(jī)組轉(zhuǎn)動的靜摩擦阻力，則可有效阻止機(jī)組反轉(zhuǎn)。為此我院技術(shù)人員提出在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)停機(jī)流程中將機(jī)組機(jī)械制動時(shí)間順延5分鐘的臨時(shí)處置對策，并建議結(jié)合檢修期間盡快處理機(jī)組導(dǎo)葉異常漏水問題，以期從根本上解決機(jī)組反轉(zhuǎn)問題。

5 事件跟蹤

2016年8月10日電廠維護(hù)部人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)4號機(jī)17號剪斷銷剪斷，導(dǎo)葉拐臂處在負(fù)角度（-200mm）位置，17號導(dǎo)葉被16號導(dǎo)葉小頭及18號導(dǎo)葉大頭卡住。17號導(dǎo)葉拐臂關(guān)機(jī)時(shí)還處于負(fù)角度位置，致使導(dǎo)葉漏水形成反向力，而使機(jī)組反轉(zhuǎn)。后更換17號導(dǎo)葉剪斷銷，開機(jī)并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗(yàn)，機(jī)組自動開停機(jī)及帶負(fù)荷試驗(yàn)正常。檢查水導(dǎo)葉剪斷銷無異常。隨后停機(jī)過程正常，機(jī)組無反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

6 經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論

本次反轉(zhuǎn)現(xiàn)象原因點(diǎn)的判斷從剛開始就是正確的，由于第一次對水電機(jī)組反轉(zhuǎn)現(xiàn)象進(jìn)行分析處理，為了進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，屆時(shí)結(jié)合機(jī)組C級檢修，對機(jī)組水下部分進(jìn)行檢查，檢查轉(zhuǎn)輪體、導(dǎo)葉間隙（立面、端面處）及密封情況。在檢修期間在制造廠代表現(xiàn)場指導(dǎo)下，我院專業(yè)人員應(yīng)積極參與檢查各密封部件，并討論是否對導(dǎo)葉密封部件進(jìn)行技改更換。

本次水電站機(jī)組反轉(zhuǎn)事件的一些經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論可供大家參考：（1）水電站上游進(jìn)水口處雜物較多。部分雜物通過進(jìn)水口攔污柵進(jìn)入，個(gè)別雜物卡在導(dǎo)葉之間。電站針對進(jìn)水口雜物較多時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清淤處理，防止雜物卡在導(dǎo)葉間或轉(zhuǎn)動部件間。（2）機(jī)組導(dǎo)葉剪斷銷在機(jī)組運(yùn)行過程破斷，現(xiàn)地LCU監(jiān)控屏剪斷銷繼電器JDJ無開出，監(jiān)控未報(bào)“剪斷銷剪斷”信號。電站應(yīng)當(dāng)對每個(gè)“剪斷銷剪斷”信號進(jìn)行模擬，檢驗(yàn)每個(gè)信號是否均有開出信號。（3）若機(jī)組運(yùn)行中導(dǎo)葉剪斷銷故障未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，剪斷銷破斷的導(dǎo)葉將失控，導(dǎo)致機(jī)組事故及損壞設(shè)備發(fā)生。應(yīng)針對此狀況，加強(qiáng)運(yùn)行人員平常設(shè)備巡查力度。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳偉斌.水輪發(fā)電機(jī)制動風(fēng)閘復(fù)歸不正常的原因及處理方法[J].廣東科技，2009.

作者簡介：張厚瑜（1981-），男，漢族，福建省福州市人，大學(xué)本科，工作單位：國網(wǎng)福建電力有限公司電力科學(xué)研究院，職務(wù)：工程師，研究方向：主要從事水輪發(fā)電機(jī)組試驗(yàn)研究及故障診斷與排除。