水輪發(fā)電機(jī)組高轉(zhuǎn)速制動(dòng)的危害及防范措施

牟玉雷

摘 要：水輪發(fā)電機(jī)組高轉(zhuǎn)速運(yùn)行中制動(dòng)在水電廠時(shí)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(dòng)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(dòng)；原因；對(duì)策

1 概述

運(yùn)轉(zhuǎn)中的水輪發(fā)電機(jī)組具有很大的動(dòng)能，即E=Jω2/2（J為機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性矩，ω為機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度）。在機(jī)組解列停機(jī)過(guò)程中，水輪機(jī)的導(dǎo)葉關(guān)閉之后機(jī)組的動(dòng)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(shí)間較長(zhǎng)。為了縮短機(jī)組在停機(jī)過(guò)程中的低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)裝置一制動(dòng)風(fēng)閘。制動(dòng)風(fēng)閘既用于停機(jī)制動(dòng)，又用于機(jī)組頂轉(zhuǎn)子用。制動(dòng)時(shí)通入電廠低壓氣（我國(guó)制動(dòng)用氣工作壓力允許范圍為表壓0.5-0.7MPa），頂轉(zhuǎn)子時(shí)通入高壓油。

典型的制動(dòng)管路如圖1。

制動(dòng)干管與低壓氣相連接，采用自動(dòng)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)管路閥門的狀態(tài)如圖1中所示，停機(jī)過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降到設(shè)定的制動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)，電磁空氣閥勵(lì)磁，低壓氣經(jīng)過(guò)三通閥進(jìn)入風(fēng)閘，頂起風(fēng)閘進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)需要進(jìn)行頂轉(zhuǎn)子操作時(shí)，將三通閥切至頂轉(zhuǎn)子干管側(cè)，啟動(dòng)油泵，將高壓油泵入風(fēng)閘頂起轉(zhuǎn)子。投入強(qiáng)迫制動(dòng)的時(shí)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?gòu)念~定下降到30%的速度較快，而且推力瓦和鏡板之間的相對(duì)速度較快，不會(huì)形成干摩擦。

2 水輪發(fā)電機(jī)組高轉(zhuǎn)速制動(dòng)的危害

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

（1）風(fēng)閘投入時(shí)受到的沖擊力大大增加，摩擦?xí)r產(chǎn)生的高溫使制動(dòng)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(dòng)時(shí)風(fēng)閘不能頂起，制動(dòng)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(shí)甚至造成制動(dòng)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(dòng)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(shí)更換，制動(dòng)環(huán)與風(fēng)閘金屬部分直接摩擦損壞制動(dòng)環(huán)的事故；然而，由于種種原因，機(jī)組在高轉(zhuǎn)速下制動(dòng)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(dòng)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(dòng)事件，大致可以分為：

3.1 測(cè)速裝置故障

由于制動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，停機(jī)過(guò)程中是靠機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)啟動(dòng)動(dòng)作的，因此測(cè)速裝置故障造成的高轉(zhuǎn)速制動(dòng)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(dòng)試驗(yàn)時(shí)（調(diào)速器采用獨(dú)立的齒盤測(cè)頻），由于調(diào)速器大幅度抽動(dòng)，造成壓油裝置事故低油壓，機(jī)組事故停機(jī)。當(dāng)時(shí)監(jiān)控用測(cè)速裝置采用殘壓測(cè)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(méi)有殘壓信號(hào)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(dòng)作），轉(zhuǎn)速小于15%ne后自動(dòng)將風(fēng)閘投人，當(dāng)時(shí)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(dòng)啟動(dòng)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(dòng)作值，水機(jī)自動(dòng)回路在檢測(cè)到停機(jī)令后，自動(dòng)投入制動(dòng)風(fēng)閘，造成高轉(zhuǎn)速制動(dòng)。

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(wú)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(shí)，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(huì)串入將風(fēng)閘頂起。某水電廠就曾發(fā)生過(guò)在對(duì)檢修機(jī)組進(jìn)行頂轉(zhuǎn)子操作時(shí)，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(guò)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(dòng)的又一大原因。目前電廠廣泛使用的測(cè)速裝置都具有頻率顯示、相對(duì)轉(zhuǎn)速顯示方式（% ne）。在頻率顯示方式下測(cè)速裝置顯示的是機(jī)組頻率，在對(duì)轉(zhuǎn)速顯示下，顯示的是機(jī)組轉(zhuǎn)速對(duì)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(dòng)投入風(fēng)閘，實(shí)際上此時(shí)機(jī)組的轉(zhuǎn)速為50% ne。

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

造成誤操作的原因很多，從人的方面來(lái)看和員工的責(zé)任心、技術(shù)能力有關(guān)；從工作環(huán)境來(lái)看，和現(xiàn)場(chǎng)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(xiǎn)制動(dòng)

某站在停機(jī)過(guò)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(guò)程中，又發(fā)生電磁閥發(fā)卡，球閥不能關(guān)閉，當(dāng)即冒險(xiǎn)投人風(fēng)閘，強(qiáng)行制動(dòng)。

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(dòng)制動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，保持314閥常開保證風(fēng)閘下腔與大氣相連；自動(dòng)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證312閥常開，風(fēng)閘下腔通過(guò)312閥，經(jīng)未勵(lì)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(dòng)作，將自動(dòng)制動(dòng)給氣閥312關(guān)閉，而手動(dòng)排氣閥314未開啟，混淆了“手動(dòng)”、“自動(dòng)”兩種運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)果造成風(fēng)閘在運(yùn)行中被手動(dòng)制動(dòng)給氣閥313的漏氣所頂起。

4 防止高轉(zhuǎn)速制動(dòng)的對(duì)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(duì)策。

（1）針對(duì)測(cè)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(cè)速原理的測(cè)速裝置以“與”的方式出口，即只有當(dāng)兩種不同測(cè)頻原理的測(cè)速裝置共同認(rèn)為機(jī)組達(dá)到了制動(dòng)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(dòng)作仍由監(jiān)控開出控制，其動(dòng)作轉(zhuǎn)速比投制動(dòng)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(dòng)以及制動(dòng)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(shí)，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(dòng)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(duì)一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行。而新建電廠寬敞的廠房也為油泵的移動(dòng)提供了足夠的空間。

這種供油方式雖然操作的時(shí)候復(fù)雜一些，但是更加的安全，而且移動(dòng)式油泵隨時(shí)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(duì)高速制動(dòng)事故中人的因素如誤操作、冒險(xiǎn)操作等，要加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，讓員工認(rèn)識(shí)到高速制動(dòng)的危害性，在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)做好設(shè)備雙重名稱以及操作方向的操作提示。在從事簡(jiǎn)單重復(fù)的工作時(shí)，人比機(jī)器更容易犯錯(cuò)誤。所以在程序工作中，采用自動(dòng)控制，減少人的參與無(wú)疑對(duì)安全生產(chǎn)有利。