某大型水電站機組檢修態操作導葉風險及對策分析

歐陽凌云 李興蓮 孫東旭 徐章恒

摘要：主要通過介紹水輪機調速液壓系統的結構組成及作用，進一步分析機組檢修態操作導葉存在的風險，并就風險提出應對措施，為同類型水輪發電機組檢修態操作導葉提供了有益的參考和借鑒，有利于避免事故發生。

關鍵詞：水電站;液壓系統;檢修;導葉

1 ? ?某大型水電站調速液壓系統介紹

1.1 ? ?概述

水輪機調速系統用于對機組導葉開度進行控制，水輪機調速器主要由機械液壓部分及電氣部分組成。其中機械液壓部分的主要功能是將微機調節器的輸出電信號轉換成接力器的機械位移，驅動導葉開關，控制進入水輪機的水流大小，實現機組轉速和功率的調整。

1.2 ? ?結構組成及作用

調速器機械液壓系統由壓油罐、集油槽、比例閥伺服系統、步進式自動復中裝置、切換閥、緊急停機閥、主配壓閥、事故配壓閥、分段關閉閥、接力器、機械過速保護及鎖錠等組成。

壓油罐由一個壓力氣罐和一個壓力油氣罐組成，上部通過一根管路連通。

集油槽內部由鋼板隔為臟油區和凈油區，系統的回油連接到臟油區，凈油區為泵提供油源[1]。

每臺機組配有4臺壓油泵（2臺大泵、2臺小泵）。液壓系統自動運行時，如主泵為大泵，壓力小于6.1 MPa時開始加載;如主泵為小泵，壓力小于6.15 MPa時開始加載。大泵和小泵的卸載壓力都是6.3 MPa。

隔離閥裝設在壓油罐和主供壓力油管之間。正常情況下隔離閥由電磁閥來控制，此外，在隔離閥及其控制電磁閥之間的控制油路上還設有一個手動二位四通閥，其打到自動位置時，由電磁閥控制隔離閥;打到手動位置時，將隔離閥的控制電磁閥切除，同時隔離閥關閉。

主配壓閥由比例閥或步進電機通過調整主配控制腔油量實現對主閥芯的控制。

在主配壓閥和導葉接力器之間管路設有事故配壓閥。事故配壓閥有直接來自壓油罐的專門壓力油管路，正常情況下，主配壓閥通過它與接力器操作管路連通，作為主配壓閥操作油路的通道，此時事故配壓閥不起作用;當機械過速保護裝置或事故配壓閥電磁閥動作后，事故配壓閥切斷主配壓閥去接力器的油路，同時將壓力油接入接力器關腔，實現導葉緊急關閉。

導葉接力器液壓鎖錠裝置由機械液壓鎖錠、鎖錠電磁閥及行程開關等組成，為垂直布置的插桿式結構。

2 ? ?機組檢修態操作導葉風險及對策分析

機組排水檢修時進行導葉立面和端面間隙測量、置檢修開度，檢修完后進行調速液壓系統管路排氣、修后試驗等工作均需運行人員操作導葉。在機組檢修態手動操作導葉存在很多風險，下面就幾種典型的風險進行分析，并提出相應的預控對策。

2.1 ? ?導葉及其傳動機構動作傷人

機組排水檢修過程中，蝸殼內及導葉附近可能有人工作，此時導葉一旦動作，很可能導致工作人員被夾，造成人員傷亡。此外，水車室內可能有人在控制環及導葉拐臂上工作，控制環及拐臂的動作可能導致在其上工作的人員跌落受傷。

針對上述風險，提出如下對策：操作人員在操作導葉前應檢查蝸殼及水車室內沒有人工作，并在蝸殼進人門和水車室門上懸掛警示標志牌或派人值守，防止人員誤入。導葉操作完畢之后，應做好調速系統的防動措施，切斷接力器壓力油源，防止有人誤操作導葉。

2.2 ? ?接力器動作損壞機械液壓鎖錠

機組檢修導葉在一定開度時，機械液壓鎖錠本應處于拔出狀態。但本電站機組的機械液壓鎖錠為垂直布置的插桿式結構，當調速系統檢修撤壓后，機械液壓鎖錠將失去油壓支持而在自身重力作用下落到接力器活塞桿上。檢修期間若直接升壓操作導葉，接力器動作將導致機械液壓鎖錠與接力器活塞桿刮擦，還會因接力器活塞桿動作導致鎖錠被擠壓變形損壞。

針對上述風險，提出如下對策：機組調速系統升壓操作導葉前，在現地控制柜上檢查鎖錠拔出指示燈熄滅，說明機械液壓鎖錠已不在完全拔出的位置，在接力器處檢查發現鎖錠可能已落在接力器活塞桿上，此時需要先進行拔出鎖錠的操作。在調速系統壓力升至2.5 MPa左右時，現地控制柜發令拔出鎖錠，該壓力足以克服鎖錠自身重力而將落在接力器活塞桿上的鎖錠拔起，之后方可順利操作導葉。

2.3 ? ?壓油泵誤切自動持續加載致壓油罐油位超高

正常情況下調速系統壓油泵“自動”方式下的加卸載由調速器控制柜PLC根據系統壓力控制。當系統壓力低于6.1 MPa（大泵）或6.15 MPa（小泵）時，運行壓油泵自動加載;當系統壓力達到6.3 MPa時，運行壓油泵自動卸載。系統升壓操作導葉排氣一般會在系統壓力升至3.5～4 MPa進行，此壓力足以操作導葉。因為要將導葉全行程開閉幾次，故需啟動一臺壓油泵加卸載維持系統壓力，每當操作導葉后壓力下降明顯，手動加載壓油泵至3.5～4 MPa后卸載，然后繼續操作導葉，重復此操作直至調速液壓系統排氣完成。在此操作過程中，若誤將壓油泵控制方式切至“自動”，那么因為此時壓力遠低于壓油泵自動卸載壓力6.3 MPa，壓油泵將持續加載直至壓力達到6.3 MPa，壓油罐油位將持續升高，甚至可能從頂部連通管進入壓力氣罐。

針對上述風險，提出如下對策：只要不是在調速系統額定壓力6.1～6.3 MPa范圍內操作導葉，比如調速系統撤壓檢修后進行升壓動導葉排氣的操作，切不可將壓油泵切至“自動”方式，必須手動啟動及加載一臺壓油泵維持系統壓力。

2.4 ? ?閥門操作順序不當導致壓油罐壓力油串入集油槽

機組撤壓檢修做防動措施時，會將事故配壓閥的壓力油源閥門和控制油源閥門均關閉。當升壓操作導葉時，需將調速系統防動措施拆除，此時如上述兩個閥門操作順序不當，可能導致壓油罐壓力油串入集油槽。正常情況下應先打開事故配壓閥控制油源閥門，后打開事故配壓閥壓力油源閥門。若有壓情況下先打開事故配壓閥壓力油源閥門，則此時事故配壓閥處于自由狀態，若同時主配壓閥在偏開位置，則壓力油會通過事故配壓閥和主配壓閥串回集油槽[2]，甚至可能將集油槽頂部檢修進人蓋板沖擊掀開，集油槽中油會從此處噴出，現場人員存在極大的人身安全風險。跑油路線如圖1所示。

此外，若導葉不在全關位置，先開事故配壓閥壓力油源閥門還會導致壓力油串入接力器關腔，導葉迅速關閉，此時若蝸殼內有人，存在極大的人身安全風險。

針對上述風險，提出如下對策：操作導葉前，拆除調速系統防動措施時，務必先打開事故配壓閥控制油源閥門，后打開事故配壓閥壓力油源閥門，防止壓力油通過事故配壓閥串油。

3 ? ?結語

水輪發電機組檢修態操作導葉存在很多風險，本文通過對某大型水電站機組檢修態操作導葉的風險進行分析，提出了應對風險的對策，為國內同類型水電機組檢修態操作導葉提供了有益的參考和借鑒。但不同的水電站其水輪機調速液壓系統存在差異，其檢修態操作導葉存在的風險并非完全一致，仍需依據具體情況進行分析。

[參考文獻]

[1] 樸秀日，毛羽波.三峽右岸電站調速系統油壓裝置的特點[C]//

中國電工技術學會大電機專業委員會2009年學術交流會論文集，2009：63-65.

[2] 李鵬，王鑫，陳磊.三峽700 MW水輪發電機組調速器液壓系統的運行經驗[J].大電機技術，2012（4）：59-64.

收稿日期：2020-07-30

作者簡介：歐陽凌云（1988—），男，江西吉安人，工程師，研究方向：水電站運行。