牟玉雷

摘 要：水輪發(fā)電機(jī)組高轉(zhuǎn)速運(yùn)行中制動在水電廠時有發(fā)生，文章從設(shè)備、工作環(huán)境、作業(yè)人員三方面分析了造成水輪發(fā)電機(jī)組高轉(zhuǎn)速制動的原因，提出了防范措施，并介紹了我廠在這方面所做的工作。

關(guān)鍵詞：高轉(zhuǎn)速；制動；原因；對策

1 概述

運(yùn)轉(zhuǎn)中的水輪發(fā)電機(jī)組具有很大的動能，即E=Jω2/2（J為機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的慣性矩，ω為機(jī)組的轉(zhuǎn)動角速度）。在機(jī)組解列停機(jī)過程中，水輪機(jī)的導(dǎo)葉關(guān)閉之后機(jī)組的動能僅消耗在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與空氣的摩擦力矩、軸承的摩擦力矩、水輪機(jī)與水的摩擦力矩之上，機(jī)組轉(zhuǎn)速由額定降為零的時間較長。為了縮短機(jī)組在停機(jī)過程中的低速運(yùn)轉(zhuǎn)時間，防止推力軸承發(fā)生半干摩擦和干摩擦，以至燒毀推力瓦，水輪發(fā)電機(jī)組通常安裝有一套強(qiáng)迫制動裝置一制動風(fēng)閘。制動風(fēng)閘既用于停機(jī)制動，又用于機(jī)組頂轉(zhuǎn)子用。制動時通入電廠低壓氣（我國制動用氣工作壓力允許范圍為表壓0.5-0.7MPa），頂轉(zhuǎn)子時通入高壓油。

典型的制動管路如圖1。

制動干管與低壓氣相連接，采用自動制動運(yùn)行時管路閥門的狀態(tài)如圖1中所示，停機(jī)過程中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降到設(shè)定的制動轉(zhuǎn)速時，電磁空氣閥勵磁，低壓氣經(jīng)過三通閥進(jìn)入風(fēng)閘，頂起風(fēng)閘進(jìn)行制動。當(dāng)需要進(jìn)行頂轉(zhuǎn)子操作時，將三通閥切至頂轉(zhuǎn)子干管側(cè)，啟動油泵，將高壓油泵入風(fēng)閘頂起轉(zhuǎn)子。投入強(qiáng)迫制動的時間一般要求是在機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到30%以后。因?yàn)檗D(zhuǎn)速從額定下降到30%的速度較快，而且推力瓦和鏡板之間的相對速度較快，不會形成干摩擦。

2 水輪發(fā)電機(jī)組高轉(zhuǎn)速制動的危害

如機(jī)組的轉(zhuǎn)速較高時投入制動風(fēng)閘，將造成以下不良后果：

（1）風(fēng)閘投入時受到的沖擊力大大增加，摩擦?xí)r產(chǎn)生的高溫使制動環(huán)變形、龜裂，進(jìn)而可能發(fā)展為疲勞斷裂，危及安全運(yùn)行；易造成風(fēng)閘損害，發(fā)卡、變形從而造成正常制動時風(fēng)閘不能頂起，制動完成以后不能復(fù)位，增加運(yùn)行維護(hù)的工作量，情況惡劣時甚至造成制動閘塊飛出，損壞發(fā)電機(jī)的定子繞組；（2）摩擦產(chǎn)生大量的粉塵，粉塵與風(fēng)洞里的水蒸氣、油霧混合，附著于發(fā)電機(jī)繞組表面使發(fā)電機(jī)的絕緣下降，并堵塞通風(fēng)溝、降低冷卻效果，使發(fā)電機(jī)的溫度升高；（3）制動閘塊磨損快，縮短了維護(hù)周期。某電站就曾發(fā)生閘塊磨損后未能及時更換，制動環(huán)與風(fēng)閘金屬部分直接摩擦損壞制動環(huán)的事故；然而，由于種種原因，機(jī)組在高轉(zhuǎn)速下制動的事件在水電廠還是屢見不鮮，是常見的水機(jī)誤操作事故之一。

3 常見的高轉(zhuǎn)速制動的原因

筆者在多年的運(yùn)行實(shí)踐中耳聞目睹了多起高轉(zhuǎn)速制動事件，大致可以分為：

3.1 測速裝置故障

由于制動系統(tǒng)在自動運(yùn)行時，停機(jī)過程中是靠機(jī)組轉(zhuǎn)速信號啟動動作的，因此測速裝置故障造成的高轉(zhuǎn)速制動較為常見。

某水電廠1機(jī)組在安裝完畢后進(jìn)行調(diào)速器空載擾動試驗(yàn)時（調(diào)速器采用獨(dú)立的齒盤測頻），由于調(diào)速器大幅度抽動，造成壓油裝置事故低油壓，機(jī)組事故停機(jī)。當(dāng)時監(jiān)控用測速裝置采用殘壓測頻，而該機(jī)處于試驗(yàn)狀態(tài)，電壓互感器隔離開關(guān)在拉開位置，沒有殘壓信號上送，監(jiān)控裝置在判斷機(jī)組有停機(jī)令（事故停機(jī)）、導(dǎo)葉全關(guān)（事故停機(jī)電磁閥動作），轉(zhuǎn)速小于15%ne后自動將風(fēng)閘投人，當(dāng)時機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速為96%ne。

某電廠機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)生永磁機(jī)斷軸，值班員手動啟動緊急停機(jī)，未考慮到永磁機(jī)斷軸后，轉(zhuǎn)速已低于轉(zhuǎn)速繼電器動作值，水機(jī)自動回路在檢測到停機(jī)令后，自動投入制動風(fēng)閘，造成高轉(zhuǎn)速制動。

3.2 三通閥內(nèi)漏

閥門內(nèi)漏是機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)生風(fēng)閘頂起的又一大原因。這種缺陷具有很大的隱蔽性，在操作前無法提前知道。

由于頂轉(zhuǎn)子的油壓通常高達(dá)數(shù)米甚至更高，在頂轉(zhuǎn)子操作時，運(yùn)行機(jī)組的三通閥即使只有很小的內(nèi)漏，高壓油也會串入將風(fēng)閘頂起。某水電廠就曾發(fā)生過在對檢修機(jī)組進(jìn)行頂轉(zhuǎn)子操作時，由于運(yùn)行機(jī)組的頂轉(zhuǎn)子給油閥漏油而將運(yùn)行中機(jī)組的風(fēng)閘頂起，造成機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)。

3.3 運(yùn)行人員誤操作

由于操作過程中失去監(jiān)護(hù)，操作人員責(zé)任心差造成誤操作是高轉(zhuǎn)速制動的又一大原因。目前電廠廣泛使用的測速裝置都具有頻率顯示、相對轉(zhuǎn)速顯示方式（% ne）。在頻率顯示方式下測速裝置顯示的是機(jī)組頻率，在對轉(zhuǎn)速顯示下，顯示的是機(jī)組轉(zhuǎn)速對應(yīng)于額定轉(zhuǎn)速的百分比。值班員將頻率顯示為25Hz誤認(rèn)為是轉(zhuǎn)速已降至25% ne。手動投入風(fēng)閘，實(shí)際上此時機(jī)組的轉(zhuǎn)速為50% ne。

操作中走錯間隔，誤投運(yùn)行機(jī)組風(fēng)閘或是操作中誤動閥門也是造成高轉(zhuǎn)速制動的常見原因。

造成誤操作的原因很多，從人的方面來看和員工的責(zé)任心、技術(shù)能力有關(guān)；從工作環(huán)境來看，和現(xiàn)場的目視化管理不到位，設(shè)備標(biāo)示不清有關(guān)，運(yùn)行人員憑記憶、憑經(jīng)驗(yàn)操作而造成誤操作。

3.4 運(yùn)行人員冒險制動

某站在停機(jī)過程中，因?qū)~漏水大，機(jī)組轉(zhuǎn)速在60% ne處下降速度極慢，運(yùn)行人員在關(guān)閉球閥的過程中，又發(fā)生電磁閥發(fā)卡，球閥不能關(guān)閉，當(dāng)即冒險投人風(fēng)閘，強(qiáng)行制動。

3.5 運(yùn)行方式安排不當(dāng)

為了防止機(jī)組在運(yùn)行中風(fēng)閘被頂起，運(yùn)行中要求風(fēng)閘的下腔必須與大氣相連通。在圖1中，采用手動制動運(yùn)行方式時，保持314閥常開保證風(fēng)閘下腔與大氣相連；自動制動運(yùn)行時，應(yīng)保證312閥常開，風(fēng)閘下腔通過312閥，經(jīng)未勵磁的電磁空氣閥與大氣相連。

某站機(jī)組運(yùn)行中，運(yùn)行人員為防止電磁空氣閥誤動作，將自動制動給氣閥312關(guān)閉，而手動排氣閥314未開啟，混淆了“手動”、“自動”兩種運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)果造成風(fēng)閘在運(yùn)行中被手動制動給氣閥313的漏氣所頂起。

4 防止高轉(zhuǎn)速制動的對策

以上幾種常見的高轉(zhuǎn)速剎車現(xiàn)象，電站采取了相應(yīng)的對策。

（1）針對測速裝置故障誤投風(fēng)閘，電站在轉(zhuǎn)速控制上，普遍采用兩種不同測速原理的測速裝置以“與”的方式出口，即只有當(dāng)兩種不同測頻原理的測速裝置共同認(rèn)為機(jī)組達(dá)到了制動轉(zhuǎn)速后，才投入電磁空氣閥。某些水電廠在電磁空氣閥前端加裝了氣源閥，氣源閥的動作仍由監(jiān)控開出控制，其動作轉(zhuǎn)速比投制動電磁轉(zhuǎn)速高10%，有效的防止了因監(jiān)控誤開出造成的高轉(zhuǎn)速制動以及制動電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)造成漏氣。在頂轉(zhuǎn)子干管和機(jī)組的三通閥之間加裝了常閉截止閥，頂轉(zhuǎn)子操作時，只開啟被頂機(jī)組的的常閉截止閥，防止了因三通閥內(nèi)漏頂起其它機(jī)組的事故。

（2）為防止二通閥內(nèi)漏誤頂轉(zhuǎn)子的事故，在新建電廠中，頂轉(zhuǎn)子已不再采用集中供油方式，而采用移動式油泵與機(jī)組頂轉(zhuǎn)子油路活接頭連接的方式。在這種供油方式下，保證了每次頂轉(zhuǎn)子操作只能對一臺機(jī)組進(jìn)行。而新建電廠寬敞的廠房也為油泵的移動提供了足夠的空間。

這種供油方式雖然操作的時候復(fù)雜一些，但是更加的安全，而且移動式油泵隨時可以用作他用，考慮到機(jī)組頂轉(zhuǎn)子的操作頻率較小，所以不失為一種較好的選擇。

（3）針對高速制動事故中人的因素如誤操作、冒險操作等，要加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，讓員工認(rèn)識到高速制動的危害性，在作業(yè)現(xiàn)場做好設(shè)備雙重名稱以及操作方向的操作提示。在從事簡單重復(fù)的工作時，人比機(jī)器更容易犯錯誤。所以在程序工作中，采用自動控制，減少人的參與無疑對安全生產(chǎn)有利。