牟 明，馬 冬

(松江河發(fā)電廠，吉林撫松134500)

松江河梯級電站位于吉林省東南部松花江上游支流松江河上，由小山電站、雙溝電站、石龍電站和松山引水工程組成，其中第二級的石龍電站裝有2臺單機(jī)容量為35 MW的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組。電站廠房為引水式地面廠房，引水隧洞采用單機(jī)單洞引水方式，進(jìn)水口設(shè)置快速工作門，無調(diào)壓井。

1 抬機(jī)的經(jīng)過

2010年6月18日，在2號機(jī)試運(yùn)行期間，做了甩75%負(fù)荷試驗(yàn)，由于抬機(jī)量過大和甩負(fù)荷時(shí)蝸殼末端壓力接近最大值，暫停了試驗(yàn)。停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)，水輪機(jī)下導(dǎo)密封橡皮板磨出溝槽，發(fā)電機(jī)滑環(huán)處下排碳刷變形損壞。試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)測值見表1。

表1 甩負(fù)荷試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)測值

2 抬機(jī)原因分析

水輪機(jī)組在甩負(fù)荷時(shí)，由于導(dǎo)葉的快速關(guān)閉，使進(jìn)入水輪機(jī)的流量急劇減少，一方面引起蝸殼內(nèi)的水壓急劇上升;另一方面，原來在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水流在慣性力的作用下，繼續(xù)向尾水管出口流動(dòng)，從而使機(jī)組的轉(zhuǎn)速升高;機(jī)組轉(zhuǎn)速的升高又促使轉(zhuǎn)輪的過流量增大，使轉(zhuǎn)輪室內(nèi)出現(xiàn)真空;此時(shí)，如向轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的補(bǔ)氣量不足，尾水中的水流又會向轉(zhuǎn)輪室內(nèi)倒流而形成反水錘。石龍電站2號機(jī)調(diào)速器緊急關(guān)閉方式為一段控制，導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間較短，因此，機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分可能在反水錘的作用下被抬起。另外，石龍電站的尾水吸出高度比較大(吸出高度為-9.3 m)，在導(dǎo)葉關(guān)閉切斷上游來水后，轉(zhuǎn)輪室仍充滿水，所以，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性使轉(zhuǎn)輪仍旋轉(zhuǎn)，將水流向下推動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生向上軸向水推力。在兩者的共同作用下，造成了此次75%甩負(fù)荷試驗(yàn)，機(jī)組抬機(jī)量過大和甩負(fù)荷時(shí)蝸殼末端壓力接近最大值，從而中斷了甩負(fù)荷試驗(yàn)的繼續(xù)進(jìn)行。

3 處理方法

針對以上分析，采用以下措施防止機(jī)組抬機(jī):

a.對真空破壞閥直徑重新校核、彈簧力調(diào)整(真空破壞閥動(dòng)作值由3 kPa改為2 kPa)，使其在密封良好的狀態(tài)下，機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，能快速向轉(zhuǎn)輪室補(bǔ)足空氣。

b.在2號機(jī)導(dǎo)葉接力器開腔總管上的適當(dāng)位置，加裝一個(gè)電氣分段關(guān)閉裝置。分段關(guān)閉裝置動(dòng)作的電磁閥需直流220 V供電，采用2根2×1 mm2電纜，可不經(jīng)水機(jī)端子箱，直接接入電站直流220 V電源系統(tǒng)。控制條件需先根據(jù)調(diào)節(jié)保證計(jì)算優(yōu)化后的關(guān)閉規(guī)律，在主令控制變送器上取出一對導(dǎo)葉開度35%位置開關(guān)量信號作為拐點(diǎn)信號，將其接線引至監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)在收到拐點(diǎn)信號的同時(shí)，發(fā)出分段關(guān)閉指令，并控制分段關(guān)閉裝置的電磁閥動(dòng)作;機(jī)組關(guān)閉后，再發(fā)出電磁閥復(fù)歸信號使之復(fù)歸。導(dǎo)葉一段關(guān)閉時(shí)間為5.5 s，這樣，既可以降低水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的真空值，又降低了在導(dǎo)葉關(guān)至最小開度時(shí)的機(jī)組轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到減少機(jī)組在甩負(fù)荷后所出現(xiàn)的反向軸向力的目的。第一段采用快速關(guān)閉導(dǎo)葉，使機(jī)組轉(zhuǎn)速在上升至最大值前，降低轉(zhuǎn)速上升值;第二段則采用節(jié)流方式，緩慢關(guān)閉導(dǎo)葉。

4 調(diào)節(jié)保證計(jì)算

由于導(dǎo)葉采取兩段關(guān)閉，改變了導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間，所以調(diào)節(jié)保證計(jì)算必須滿足設(shè)計(jì)要求。石龍電站機(jī)組兩段關(guān)閉經(jīng)充分論證，將一段關(guān)閉的12 s，改為兩段關(guān)閉:第一段5.5 s，第二段34 s，拐點(diǎn)為全關(guān)量的35%;槳葉一段關(guān)閉，時(shí)間為60 s。

4.1 調(diào)節(jié)保證計(jì)算工況

用優(yōu)化后的關(guān)閉規(guī)律對3種工況進(jìn)行保證計(jì)算，見表2。

表23 種工況參數(shù)

4.2 計(jì)算基本數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)引用流量:123.6 m3/s

最大水頭:37.9 m

最小水頭:31.4 m

額定水頭:31.9 m

水輪機(jī)型號:ZZ550-LH-380

額定轉(zhuǎn)速:200 r/min

飛逸轉(zhuǎn)速:454 r/min

吸出高度:-9.3 m

發(fā)電機(jī)GD2:≥2200 t·m2

蝸殼中心高程:435.27 m

4.3 計(jì)算方法

該電站水力過渡過程的仿真計(jì)算，采用基于有壓管道的連續(xù)方程和運(yùn)動(dòng)方程的特征線法求解。以上、下游水位、模型綜合特性曲線為邊界條件，水輪機(jī)甩負(fù)荷前為初始條件進(jìn)行迭代計(jì)算，最終求得管路每一節(jié)點(diǎn)的壓頭和流量隨時(shí)間的變化規(guī)律。

動(dòng)態(tài)方程:

連續(xù)方程:

計(jì)算時(shí)將管路系統(tǒng)簡化，如圖1所示。簡化的管路數(shù)據(jù)見表3。

表3 簡化的管路數(shù)據(jù)

4.4 計(jì)算結(jié)果

通過上述計(jì)算，其結(jié)果見表4。

圖1 管路系統(tǒng)簡化圖

表4 各工況計(jì)算結(jié)果

從表4計(jì)算數(shù)據(jù)分析，因?qū)?dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的優(yōu)化和真空破壞閥動(dòng)作值的調(diào)整，石龍電站2號機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算結(jié)果基本滿足了合同要求的調(diào)節(jié)保證值。

5 設(shè)備改造后試驗(yàn)

2010年7月12日改造完成后，重新對2號機(jī)進(jìn)行了甩負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)值見表5。

表5 改造后甩負(fù)荷試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)測值

6 結(jié)束語

通過改造前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比可知，此次改造完全解決了2號機(jī)抬機(jī)量過大的問題，并為今后預(yù)防與解決類似問題積累了經(jīng)驗(yàn)。