周懷生

（歐陽海灌區(qū)水利水電工程管理局，湖南 耒陽 421800）

針對一些規(guī)模較大的水電站水輪發(fā)電機(jī)組來講，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度比較高，一旦設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行甩負(fù)荷故障，會(huì)嚴(yán)重影響水電站水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，降低水電站的經(jīng)濟(jì)效益。為了保證水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行更為穩(wěn)定，文章重點(diǎn)研究水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的甩負(fù)荷危害與應(yīng)對方案。

1 科學(xué)應(yīng)對水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中甩負(fù)荷危害的重要性

水輪發(fā)電機(jī)組作為水電站的核心系統(tǒng)，如果出現(xiàn)甩負(fù)荷現(xiàn)象，會(huì)降低水電系統(tǒng)的運(yùn)行速率，能源利用率不斷下降，供水水平下降，無法滿足當(dāng)?shù)鼐用竦挠秒娦枨蟆Ｍㄟ^合理解決水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行甩負(fù)荷危害，能夠保證水電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，各項(xiàng)能源得到高效轉(zhuǎn)化，滿足當(dāng)?shù)鼐用竦娜粘Ｓ秒娦枨蟆?/p>

水電站水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過程之中，部分設(shè)備會(huì)出現(xiàn)故障，對水電站的安全運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，為了保證水輪發(fā)電機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)技術(shù)人員要明確水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)甩負(fù)荷故障的原因，并采取科學(xué)的應(yīng)對措施，盡可能地減少甩負(fù)荷危害的持續(xù)時(shí)間，保證水電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁└鼮閮?yōu)質(zhì)的電力服務(wù)，保證水電站的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益得到良好提升。

2 水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中甩負(fù)荷危害分析

2.1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件離心力突然增加

因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件離心力突然增加，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的振動(dòng)與擺渡數(shù)值超過規(guī)定數(shù)值，水輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)部分和靜止部分產(chǎn)生較大碰撞，使得部件遭受到一定破壞。例如，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子失圓和定子出現(xiàn)碰撞，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)輪室出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象等。

2.2 軸向推力出現(xiàn)顯著變化

如果水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)甩負(fù)荷危害，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速不斷升高，軸向推力出現(xiàn)顯著變化，特別容易引發(fā)以下危險(xiǎn)。

第一，由于發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的不斷升高，導(dǎo)葉開度不斷減小，軸線水推力和轉(zhuǎn)動(dòng)重力呈反方向，若反方向軸向力超過規(guī)定數(shù)值，機(jī)組直接被抬起來，出現(xiàn)水泵升力抬機(jī)現(xiàn)象。

第二，水輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的尾水管出現(xiàn)負(fù)水錘現(xiàn)象，轉(zhuǎn)葉下部產(chǎn)生較大的水錘壓力，若負(fù)水錘現(xiàn)象比較嚴(yán)重，機(jī)組會(huì)直接被抬起來。出現(xiàn)抬機(jī)現(xiàn)象之后，水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分會(huì)不斷上升，待轉(zhuǎn)動(dòng)部分下降之后，鏡板和推力瓦出現(xiàn)較大撞擊，推力瓦出現(xiàn)大面積損傷，鏡板出現(xiàn)較大變形[1]。

2.3 導(dǎo)瓦與推力瓦出現(xiàn)大面積損壞

如果水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)甩負(fù)荷現(xiàn)象，導(dǎo)瓦與推力瓦很容易出現(xiàn)損傷，一些固定的連接螺栓出現(xiàn)松動(dòng)或者破斷，尾水管出現(xiàn)大面積的裂紋，使得機(jī)組設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。若水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中的壓力管道水壓快速升高，機(jī)組的蝸殼、管道會(huì)出現(xiàn)破裂。

3 水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中甩負(fù)荷危害的應(yīng)對措施研究

3.1 水電站水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷表現(xiàn)形式

水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程之中，因?yàn)槟承┰虺霈F(xiàn)甩負(fù)荷現(xiàn)象，或者因?yàn)樽冸娬鹃_關(guān)出現(xiàn)故障，產(chǎn)生跳閘現(xiàn)象，使得運(yùn)行機(jī)組快速與電網(wǎng)脫離，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速快速提升，機(jī)組發(fā)出異常的運(yùn)行聲音，發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)較為顯著的過電壓現(xiàn)象，此種現(xiàn)象被技術(shù)人員稱作水電站水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷現(xiàn)象。

如果水電站水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)甩負(fù)荷現(xiàn)象，因?yàn)闄C(jī)組的機(jī)械能不能夠有效地轉(zhuǎn)換為電能被輸送，機(jī)組動(dòng)力矩超過了其阻力矩，使得機(jī)組轉(zhuǎn)速越來越高，引水管的水壓不斷提高。機(jī)組中的各項(xiàng)保護(hù)裝置處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組轉(zhuǎn)速提升到最大數(shù)值之后，在調(diào)速器的控制之下，導(dǎo)葉會(huì)呈現(xiàn)快速關(guān)閉現(xiàn)象，機(jī)組轉(zhuǎn)速緩慢下降，最終進(jìn)入到穩(wěn)定狀態(tài)[2]。

若水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)故障，發(fā)電機(jī)會(huì)突然將全部負(fù)荷甩出，在此期間，調(diào)速器若出現(xiàn)故障，或者水輪機(jī)導(dǎo)葉無法有效的關(guān)閉，機(jī)組轉(zhuǎn)速會(huì)隨著對應(yīng)開度的不斷升高而提升，最終超過額定的轉(zhuǎn)速，機(jī)組發(fā)出較大的聲音，其內(nèi)部出現(xiàn)較大破壞。通常來講，機(jī)組的飛逸出轉(zhuǎn)速會(huì)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的2.7倍左右，甩負(fù)荷之后，水電站水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速突然提升，機(jī)端電壓明顯提高，引水管水壓突然上升，機(jī)組設(shè)備與壓力管道安全性受到較大影響。

水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)甩負(fù)荷危害主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行發(fā)出超速的運(yùn)轉(zhuǎn)聲音。

（2）水電站水輪發(fā)電機(jī)組的無功功率與有功功率，或者定子電流短時(shí)間內(nèi)沒有指示，發(fā)電狀態(tài)指示燈熄滅，出口位置的斷路器出現(xiàn)分閘現(xiàn)象。

（3）自動(dòng)測控后臺(tái)機(jī)發(fā)出報(bào)警信號，顯示器事故窗口界面直接彈出，音響發(fā)出較為低沉的報(bào)警聲。

（4）發(fā)電機(jī)指示燈呈現(xiàn)熄滅狀態(tài)，如果線路出現(xiàn)跳閘，機(jī)組的供電突然中斷。

3.2 水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷危害產(chǎn)生原因

（1）水電站水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)勵(lì)磁或者電氣事故之后，機(jī)組會(huì)發(fā)出一系列的保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)出口斷路器立即跳閘。

（2）水電站水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的油壓裝置發(fā)生較大故障，低油壓引發(fā)緊急停機(jī)現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)出口位置的斷路器出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。

（3）主變壓器的保護(hù)動(dòng)作異常，或者機(jī)組內(nèi)部線路出現(xiàn)較大故障，使得主變或者線路斷路器出現(xiàn)跳閘[3]。

（4）保電力系統(tǒng)自身故障，使得水電站水輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)部線路開關(guān)發(fā)生跳閘。

3.3 日常的應(yīng)對方案

對于相關(guān)技術(shù)人員來講，要明確水電站水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)甩負(fù)荷故障原因，并制定完善的應(yīng)對措施，幫助發(fā)電機(jī)運(yùn)行管理人員在值班期間，能夠更好地應(yīng)對各項(xiàng)突發(fā)事故，保證機(jī)組和水電站建筑物出現(xiàn)的甩負(fù)荷故障得到更好處理。水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行甩負(fù)荷危害的日常應(yīng)對方案如下。

（1）中控室值班人員一旦發(fā)現(xiàn)水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行異常，要快速檢查出口開關(guān)，觀察滅磁開關(guān)是否處于斷開狀態(tài)，如果勵(lì)磁開關(guān)沒有斷開，則需要采取手動(dòng)方式斷開。增加直流應(yīng)急照明設(shè)施，對柴油機(jī)發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源進(jìn)行全面檢查，實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)供電。

（2）對于機(jī)旁值班人員來講，要對調(diào)速器進(jìn)行科學(xué)檢查，判斷調(diào)速器的開度是不是滿足具體規(guī)定，如果調(diào)速器沒有出現(xiàn)任何動(dòng)作，值班人員需要馬上按下快關(guān)電磁閥手動(dòng)按鈕，保證導(dǎo)葉關(guān)達(dá)到空載開度[4]。如果情況比較緊急，值班人員可以按下緊急停機(jī)電磁閥的手動(dòng)按鈕，將導(dǎo)葉全部關(guān)閉。

（3）為了避免調(diào)速器因?yàn)楣收蠠o法動(dòng)作，或者導(dǎo)葉剪短銷剪斷比較多，水電站水輪發(fā)電機(jī)組無法減速與停止運(yùn)轉(zhuǎn)，值班人員需要馬上安排專業(yè)人員前去關(guān)閉池機(jī)組進(jìn)水快速閘門。

（4）水機(jī)層值班人員在實(shí)際工作當(dāng)中，要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成頂蓋排水工作，并在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到電機(jī)層，與機(jī)旁人員積極配合。

通過采取合理的應(yīng)對方案，能夠保證水電站水輪發(fā)電機(jī)組更為安全的運(yùn)行，例如，在某水電站當(dāng)中，運(yùn)用良好的機(jī)組甩負(fù)荷危害應(yīng)對方案，水電站的經(jīng)濟(jì)效益有了顯著的提升，具體見表1。

表1 應(yīng)用良好應(yīng)對方案后水電站經(jīng)濟(jì)效益對比/%

3.4 制定完善的預(yù)防方案

為了保證水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的甩負(fù)荷危害得到更好處理，制定良好的預(yù)防措施至關(guān)重要，相關(guān)技術(shù)人員可以從以下幾方面入手，具體見表2。

表2 預(yù)防方案分析

4 結(jié)語

綜上，通過對水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中甩負(fù)荷危害的應(yīng)對措施進(jìn)行合理介紹，例如明確水電站水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷表現(xiàn)形式、水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷危害產(chǎn)生原因，提出日常應(yīng)對措施與預(yù)防措施等，能夠保證水電站水輪發(fā)電機(jī)組更為可靠的運(yùn)行。