水輪機剪斷銷剪斷處置流程的思考

陳煉紅

（大唐云南發電有限公司，云南 昆明 650000）

剪斷銷保護裝置是水輪機導水機構的重要保護設備，由剪斷銷及其信號器組成，結構如圖1所示。機組在正常運行工況下，剪斷銷有足夠的強度帶動導葉轉動，但當導葉間有異物卡住時，導葉軸和導葉臂不能轉動，而連接板在接力器與控制環帶動下轉動，因此對剪斷銷產生剪力，當剪力達到一定值時，剪斷銷被剪斷，導葉臂與連接板失去聯動，脫離接力器的控制。不同數量剪斷銷剪斷后采取何種措施可保證機組的安全，各發電企業處置流程不一，部分企業也因處置流程不合理給機組穩定運行帶來了一定影響，因此有必要對此問題進行分析研究。

圖1 水輪機導水傳動機構

1 剪斷銷剪斷保護流程說明

1.1 剪斷銷剪斷規范

《水輪機運行規程DL/T 710-2018》中對剪斷銷剪斷的要求為：正常停機時剪斷銷剪斷，應繼續停機，必要時關閉進水口工作閘門；事故停機時剪斷銷剪斷，立即關閉進水口工作閘門；兩個及以上剪斷銷剪斷應解列停機，關閉進水口工作閘門；貫流式機組剪斷銷剪斷應解列停機，必要時關閉尾水管閘門[1]。

1.2 水電廠剪斷銷剪斷設置情況

結合上述規范，目前混流式水輪發電機組針對剪斷銷剪斷普遍采取如下處置流程：機組正常運行或正常停機時單個剪斷銷剪斷發出報警信號，由運行、維護人員根據報警信號實施檢查并采取相應處置流程；兩個及以上剪斷銷剪斷發出報警信號，由運行人員采取手動停機流程；事故停機過程中判斷剪斷銷是否剪斷，如果剪斷則發出報警信號并啟動緊急事故停機流程，關閉進水口快速閘門。

2 剪斷銷剪斷處置

剪斷銷剪斷后，當水輪發電機組發生負荷調整時，在接力器帶動下導葉發生轉動，剪斷銷剪斷的導葉將不能與其他導葉同步轉動，從而造成導葉開度不一致，造成機組振動、擺度增加，對機組的安全穩定運行造成較大影響[2]。

針對機組正常運行過程中遇到單個剪斷銷剪斷的情況，部分電廠采用如下處理措施：根據剪斷銷報警情況，首先確認剪斷銷實際情況，確認是否剪斷；剪斷后，如機組在振區，則調整導葉開度使機組脫離振區；由維護人員處理更換；機組運行中如無法更換則申請停機處理。

目前，針對機組正常運行過程中剪斷銷剪斷，大部分電廠優先采用不停機的處理方式，在導葉防晃動、限位裝置可靠的情況下，一般不會對機組造成較大的破壞。在停機過程中剪斷，后續比較好處理。開機及負荷調整時剪斷，剪斷銷剪斷的導葉會與其他導葉存在較大開度偏差，部分電廠還發生過拐臂摩擦力不足以限制導葉晃動，對轉輪、導葉及固定設備造成重大損壞。

針對上述情況，綜合考慮現場實際更換難度及可能對機組帶來的重大損壞風險，在剪斷銷剪斷后可采取如下處理措施。

2.1 機組運行中單個剪斷銷剪斷

目前，多數水電廠運行中投入AGC功能，在剪斷銷剪斷后應及時調整機組負荷自動控制方式，避免導葉開度變化引起更大的水力不平衡力。因此，應將AGC功能及一次調頻功能手動退出，或設置在自動控制流程中，剪斷銷剪斷后自動退出；如關閉機組后轉速無法下降至正常風閘投入值，可在小流量下關閉進水口閘門；未出現振擺增大的情況時，為了能安全更換，也應停機處理，避免更換中引起導葉進一步失控的情況。

2.2 機組運行中多個剪斷銷剪斷

兩個及以上剪斷銷同時剪斷時，運行人員應立即將AGC及一次調頻功能退出運行；機組出現嚴重不穩定運行情況時可啟動緊急停機。

2.3 事故停機時剪斷銷剪斷

事故停機時剪斷銷剪斷可按上述規范規定流程處置，啟動緊急事故停機流程，關閉進水口快速閘門，確保機組快速可靠停機。

3 剪斷銷日常管理

剪斷銷作為導水機構重要的保護裝置，剪斷后容易出現故障擴大的風險，因此，在日常生產中應加強對剪斷銷的管理。

3.1 設計方面

剪斷銷的設計強度應比連接板、導葉臂的強度低，保證剪斷銷被剪斷前不會對連接板和導葉臂造成破壞。通過了解不同主機廠家剪斷銷強度設計原則可知，通常是在最大操作力的基礎上考慮一定安全系數，但每個廠家設計時選取不一，從生產運行角度分析，在保證不造成設備損壞的情況下應盡量提高強度安全系數，避免引起誤斷。

3.2 日常管理方面

日常管理中要加強對剪斷銷的檢查，避免由于疲勞引起的誤斷，應定期檢測剪斷銷是否無損，檢查導葉全開、全關限位裝置，焊接強度要滿足設計要求。對拐臂與導葉間緊固螺栓定期檢查緊固性，力矩應滿足設計要求。定期檢查剪斷銷信號器，必要時人為剪斷信號器，以驗證其性能，確保剪斷銷剪斷時可準確發出報警信號[3]。

3.3 備件采購管理方面

剪斷銷備件采購時應重點加強管理，避免剪切力不足、切口處圓度、粗糙度不滿足要求的剪斷銷使用在設備上。即便同一種材料生產制造的剪斷銷，其機械性能也會有一定的偏差，而實際生產中需要剪斷銷具備準確的剪切力，因此，剪斷銷生產時切口處無法設計出準確的加工尺寸，需按同一批熱處理材料經過抽檢進行剪切試驗，最終根據剪切力要求確定剪切截面的尺寸，因此對備件加工制造提出了嚴格的工藝流程要求，發電企業采購時應加強此方面的管理。剪斷銷切口處表面加工粗糙度太大，或斷口截面、圓度未按圖紙加工，會對剪斷銷的受力產生影響，容易造成疲勞斷裂，此項也是備件到貨后需認真檢查的內容。通過嚴格的備件管理，確保剪斷銷的性能滿足要求。

4 結語

剪斷銷作為水輪機重要的保護裝置，從運行方面應明確不同剪斷情況下的應急處置流程，確保不因剪斷銷剪斷導致故障擴大化；在日常管理中應根據剪斷銷設計特點、水輪機導水機構結構原理加強管理，確保其安全可靠運行，同時加強備件采購管理，確保性能滿足要求。