紫蘭壩水電站機(jī)組蠕動(dòng)原因淺析與處理

方小彥

（華電四川發(fā)電有限公司寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元628003）

紫蘭壩水電站位于四川省廣元市，是白龍江干流梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃中最后一個(gè)梯級(jí)電站，河床式開發(fā)，共安裝3臺(tái)三相同步、臥軸燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量102 MW，保證出力29 MW，年發(fā)電量4.41億kW·h。發(fā)電機(jī)技術(shù)規(guī)范：型號(hào)SFWG34-44/6020，額定容量34 MW，額定電壓10.5 kV，額定電流 1 968 A。水輪機(jī)技術(shù)規(guī)范：型號(hào) GZ（836）-WP-535，額定出力35 MW，最大水頭19.9 m，最小水頭8.1 m，額定水頭15.4 m，額定流量246.8 m3/s，額定轉(zhuǎn)速136.4 r/min。發(fā)電機(jī)組合軸承由正反推力軸承和徑向軸承組成，徑向軸承采用分塊瓦線支撐結(jié)構(gòu)，下部設(shè)4塊工作瓦，上部設(shè)2塊輔助瓦，徑向瓦采用高位油箱自重力供油和瓦面進(jìn)油邊表面開槽入油的潤(rùn)滑方式；組合軸承正常運(yùn)行時(shí)除采用冷卻油噴淋方式冷卻，在啟動(dòng)及停機(jī)過程中由高壓油系統(tǒng)將機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分頂起，軸承供油循環(huán)方式為：高位油箱—水導(dǎo)軸承—低位油箱—油冷卻器—高位油箱，軸承油箱內(nèi)基本不存油。發(fā)電機(jī)制動(dòng)采用機(jī)械制動(dòng)方式，停機(jī)轉(zhuǎn)速降至25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)投入，制動(dòng)氣壓在 0.5～0.7 MPa。

1 機(jī)組蠕動(dòng)情況

2016年6月4日21：30，根據(jù)日發(fā)電計(jì)劃，紫蘭壩電站中控室執(zhí)行3F機(jī)組“發(fā)電轉(zhuǎn)停機(jī)”流程，21：31解列，上位機(jī)簡(jiǎn)報(bào)“3F機(jī)組轉(zhuǎn)速未小于1%，流程退出”，機(jī)組處于不定態(tài)，機(jī)組有6.8%的轉(zhuǎn)速，監(jiān)控畫面顯示機(jī)組大軸仍在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)組輔助設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)地檢查制動(dòng)氣壓0.68 MPa，風(fēng)閘已在投入狀態(tài)。復(fù)歸風(fēng)閘后手動(dòng)加閘，機(jī)組轉(zhuǎn)速6.1%，機(jī)組處于不定態(tài)，機(jī)組仍蠕動(dòng)，令ONCALL人員將機(jī)組手動(dòng)開至“空轉(zhuǎn)”態(tài)，切除3F機(jī)組協(xié)聯(lián)，中控再次執(zhí)行“空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)停機(jī)”流程，機(jī)組停穩(wěn)。紫蘭壩電站1F機(jī)組、2F機(jī)組、3F機(jī)組均多次出現(xiàn)過蠕動(dòng)現(xiàn)象。

2 造成紫蘭壩電站1F機(jī)組、2F機(jī)組、3F機(jī)組蠕動(dòng)的可能原因淺析

（1）導(dǎo)葉被雜物卡住關(guān)閉不嚴(yán)，漏水嚴(yán)重引起機(jī)組蠕動(dòng)。紫蘭壩電站地處山區(qū)，庫(kù)區(qū)植被茂密，枯枝朽木較多，到汛期的時(shí)候，山溝水量增大，大量漂浮物被沖至水庫(kù)，雖然每臺(tái)機(jī)組前面都裝有攔污柵，但若清渣不及時(shí)，便會(huì)有雜物被沖入流道，進(jìn)入水輪機(jī)組的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，另外，在攔污柵清渣過程中，也可能有較大漂浮物進(jìn)入流道卡在導(dǎo)葉之間。

（2）導(dǎo)葉磨損嚴(yán)重，導(dǎo)葉間隙增大。導(dǎo)葉的磨損是無法避免的，當(dāng)導(dǎo)葉因磨損而間隙增大后，會(huì)使水輪機(jī)在停機(jī)狀態(tài)時(shí)漏水量增加。漏水量的增加，又加劇了間隙汽蝕的破壞，使導(dǎo)葉間隙變得更大，若漏水特別嚴(yán)重，水輪機(jī)在停機(jī)導(dǎo)葉關(guān)閉后，較大的水流沖擊轉(zhuǎn)輪時(shí)就可能使水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)蠕動(dòng)。

（3）導(dǎo)葉控制環(huán)抗磨板磨損嚴(yán)重。導(dǎo)葉控制環(huán)頻繁動(dòng)作，極易造成控制環(huán)滾動(dòng)面的磨損，臥軸燈泡貫流式機(jī)組控制環(huán)抗模板磨損嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致控制環(huán)和外配水環(huán)同心度發(fā)生偏移，造成不同心，影響導(dǎo)葉開度，使導(dǎo)葉關(guān)閉不嚴(yán)，引發(fā)機(jī)組蠕動(dòng)。

（4）加閘系統(tǒng)故障。紫蘭壩電站采用機(jī)械制動(dòng)方式，停機(jī)轉(zhuǎn)速降至25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，投入8塊風(fēng)閘將轉(zhuǎn)子頂起，從而快速停穩(wěn)機(jī)組。若風(fēng)閘系統(tǒng)出現(xiàn)故障，機(jī)組轉(zhuǎn)速降至加閘轉(zhuǎn)速后不能進(jìn)行自動(dòng)加閘，機(jī)組惰性停機(jī)，機(jī)組就可能長(zhǎng)時(shí)間在較低轉(zhuǎn)速下蠕動(dòng)。

（5）彈簧連桿斷裂脫落。紫蘭壩水輪發(fā)電機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)采用的是彈簧連桿與普通連桿間隔布置方式，正常情況下，彈簧連桿起普通連桿的作用，一旦導(dǎo)葉被異物卡住，彈簧連桿的彈簧因受力超過允許值使彈簧連桿曲折產(chǎn)生位移，若受力過大，彈簧連桿就可能斷裂。受斷裂彈簧連桿控制的導(dǎo)葉在連桿斷裂后不再受到控制，無法關(guān)閉，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)過程中大量水流通過導(dǎo)葉，造成蠕動(dòng)。紫蘭壩電站1F機(jī)組發(fā)生過一次彈簧連桿斷裂脫落，2F機(jī)組發(fā)生過兩次彈簧連桿斷裂脫落，3F機(jī)組發(fā)生過一次彈簧連桿斷裂脫落。

3 運(yùn)行人員遇機(jī)組蠕動(dòng)可采用的應(yīng)急處理方法

臥軸燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)軸承油箱內(nèi)基本不存油，機(jī)組停機(jī)流程退出后，潤(rùn)滑油系統(tǒng)停止工作，若機(jī)組出現(xiàn)蠕動(dòng)，此時(shí)大軸仍然轉(zhuǎn)動(dòng)，如果軸承與軸瓦之間已無油膜，就可能出現(xiàn)軸承干摩擦，引發(fā)燒瓦事故，燒瓦事故發(fā)生后，檢修工作量大，機(jī)組將很長(zhǎng)時(shí)間不能運(yùn)行，會(huì)對(duì)水電廠造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，故臥軸燈泡貫流式機(jī)組是絕不允許長(zhǎng)時(shí)間蠕動(dòng)的，運(yùn)行人員在工作過程中一定要加強(qiáng)監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)機(jī)組蠕動(dòng)，可根據(jù)蠕動(dòng)出現(xiàn)的原因，采取以下方法將機(jī)組停穩(wěn)。

（1）引起蠕動(dòng)的原因?yàn)閷?dǎo)葉磨損嚴(yán)重或?qū)~控制環(huán)抗磨板磨損嚴(yán)重，這兩種缺陷一般短時(shí)間沒辦法消除，且基本上停機(jī)便會(huì)出現(xiàn)蠕動(dòng)，但將機(jī)組協(xié)聯(lián)關(guān)系切除后能正常停機(jī)。這種情況下，停機(jī)之前通知ONCALL人員配合，手動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)低壓空壓機(jī)，將制動(dòng)氣壓打至制動(dòng)氣系統(tǒng)最高壓力值即0.7 MPa，中控室上位機(jī)啟動(dòng)××機(jī)組“發(fā)電態(tài)轉(zhuǎn)至空轉(zhuǎn)態(tài)”流程，確定機(jī)組已在空轉(zhuǎn)態(tài)后，令ONCALL人員將機(jī)組調(diào)速器協(xié)聯(lián)切除，然后將調(diào)速器恢復(fù)至“遠(yuǎn)方”“自動(dòng)”，中控室上位機(jī)發(fā)機(jī)組停機(jī)令，觀察××機(jī)組轉(zhuǎn)速下降情況，將監(jiān)控?cái)z像頭調(diào)至機(jī)組大軸處，監(jiān)視大軸轉(zhuǎn)動(dòng)情況，確定機(jī)組停穩(wěn)流程退出后，手動(dòng)將××機(jī)組風(fēng)閘頂起，保持制動(dòng)閘塊投入狀態(tài)，協(xié)聯(lián)保持切除狀態(tài)。開機(jī)組前，上位機(jī)先單點(diǎn)投入潤(rùn)滑油系統(tǒng)、高壓油頂起油泵，再釋放制動(dòng)閘塊，投入?yún)f(xié)聯(lián)關(guān)系。之所以切除協(xié)聯(lián)，是因?yàn)槿绻麉f(xié)聯(lián)不切除，停機(jī)完成后，輪葉會(huì)自動(dòng)打開到初始設(shè)定值55%處，若此時(shí)導(dǎo)葉漏水大，就可能使輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)，在空轉(zhuǎn)態(tài)將協(xié)聯(lián)切除，協(xié)聯(lián)關(guān)系破壞，輪葉將保持空轉(zhuǎn)時(shí)的開度即全關(guān)狀態(tài)，這樣即使有水流通過導(dǎo)葉，此時(shí)水流沖擊輪葉的角度已變成不易將輪葉沖轉(zhuǎn)的角度，減小了轉(zhuǎn)動(dòng)的可能。

（2）機(jī)組蠕動(dòng)的原因是導(dǎo)葉被雜物卡住。這個(gè)原因引起的機(jī)組蠕動(dòng)一般出現(xiàn)在壩前漂浮物較多時(shí)或者剛清理完攔污柵后，若此時(shí)機(jī)組輔助設(shè)備未退出，機(jī)組轉(zhuǎn)速比較低，可單點(diǎn)退出高壓油頂起裝置，檢查機(jī)組轉(zhuǎn)速下降情況，若機(jī)組仍不能停穩(wěn)，可現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)制動(dòng)系統(tǒng)無故障，制動(dòng)氣壓正常后，再次手動(dòng)投入制動(dòng)閘，監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速呈下降趨勢(shì)，若轉(zhuǎn)速下降機(jī)組停穩(wěn)，則保持制動(dòng)閘塊在頂起狀態(tài)，下次開機(jī)時(shí)再將閘塊釋放。若機(jī)組仍然停不穩(wěn)，應(yīng)立即投入機(jī)組減載泵，釋放制動(dòng)閘，現(xiàn)地手動(dòng)將機(jī)組開至空轉(zhuǎn)狀態(tài)，通知檢修人員落門停機(jī)。

（3）導(dǎo)葉漏水是無法避免的，導(dǎo)葉即使在關(guān)閉狀態(tài)下也并不能完全密封，若是導(dǎo)葉漏水較大導(dǎo)致機(jī)組在停機(jī)過程中轉(zhuǎn)速較高，無法下降至投入加閘的25%額定轉(zhuǎn)速，待停機(jī)流程超時(shí)退出后，立即將機(jī)組開至“空轉(zhuǎn)”，通知機(jī)修落門停機(jī)。

（4）若是加閘系統(tǒng)故障，導(dǎo)致機(jī)組在停機(jī)過程中無法加閘而造成機(jī)組蠕動(dòng)，應(yīng)立即將機(jī)組開機(jī)至空轉(zhuǎn)狀態(tài)，通知檢修處理，待加閘系統(tǒng)恢復(fù)正常后再停機(jī)，若是加閘系統(tǒng)短時(shí)間處理不好，可通知檢修落門停機(jī)。加閘系統(tǒng)故障的原因很多，比如：風(fēng)閘管路系統(tǒng)故障，若是這種情況，應(yīng)立即通知檢修人員進(jìn)行處理；空壓機(jī)未自動(dòng)啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)檢查無異常后立即手動(dòng)啟動(dòng)空壓機(jī)，待儲(chǔ)氣罐氣壓正常后再檢查氣機(jī)不能自動(dòng)啟動(dòng)的原因；自動(dòng)加閘電磁閥故障，此種情況，可在轉(zhuǎn)速下降至25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)手動(dòng)投入風(fēng)閘，待機(jī)組停穩(wěn)后在通知檢修人員處理。

（5）若是某個(gè)或者某幾個(gè)彈簧連桿斷裂脫落導(dǎo)致在停機(jī)過程中發(fā)生蠕動(dòng)，觀察機(jī)組轉(zhuǎn)速下降情況，如果降至加閘轉(zhuǎn)速閘塊頂起后機(jī)組停穩(wěn)，保持加閘狀態(tài)，如果停不穩(wěn)，將蠕動(dòng)機(jī)組開至空轉(zhuǎn)運(yùn)行，通知檢修落門停機(jī)。

4 紫蘭壩水電站機(jī)組蠕動(dòng)的主要原因及處理措施

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，造成紫蘭壩水電站機(jī)組蠕動(dòng)的主要原因有導(dǎo)葉被雜物卡住和導(dǎo)葉控制環(huán)抗磨板磨損兩項(xiàng)。導(dǎo)葉之間卡雜物主要發(fā)生在汛期，特別是壩前漂浮物大量堆積未得到及時(shí)清理時(shí)，采取的處理措施是將紫蘭壩水電站攔污柵清理納入定期工作，汛期的時(shí)候?qū)嵭袡C(jī)動(dòng)清渣，一旦壩前漂浮物增多，便找機(jī)會(huì)停機(jī)清渣。倘若雜物已經(jīng)卡在導(dǎo)葉之間，可增大導(dǎo)葉開度用水流將其沖走，如若不行，停機(jī)進(jìn)入流道將雜物取出即可。導(dǎo)葉控制環(huán)抗模板磨損是客觀存在、不可避免的，紫蘭壩水電站針對(duì)控制環(huán)抗模板磨損較快，采取的處理措施是定期更換。從運(yùn)行效果來看，這兩項(xiàng)措施的應(yīng)用，較好地解決了紫蘭壩水電站機(jī)組蠕動(dòng)問題。

5 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)組蠕動(dòng)是比較常見的故障，運(yùn)行人員若是遇到不必驚慌，只要大家在工作過程中加強(qiáng)監(jiān)視，同時(shí)做好事故預(yù)想，發(fā)生機(jī)組蠕動(dòng)事故，能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，并快速采取有效措施將機(jī)組停穩(wěn)，基本不會(huì)造成較大危害。本文提出的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)蠕動(dòng)現(xiàn)象后的停機(jī)方法，經(jīng)過紫蘭壩水電站運(yùn)行人員實(shí)踐，被證明效果顯著，同類型水電站遇類似問題可加以參考、借鑒。