水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中甩負(fù)荷危害及應(yīng)對(duì)措施探討

(陜西省水務(wù)集團(tuán)旬陽(yáng)水電開(kāi)發(fā)有限公司，陜西 旬陽(yáng) 725700)

1 水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷現(xiàn)象及主要表現(xiàn)形式

電力系統(tǒng)因某種原因甩負(fù)荷或由于變電站開(kāi)關(guān)事故跳閘，會(huì)造成運(yùn)行機(jī)組突然脫離電網(wǎng)，瞬間發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高和機(jī)組聲音異常，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過(guò)電壓現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就稱為水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷。

甩負(fù)荷事故發(fā)生后，由于機(jī)組獲得的機(jī)械能無(wú)法轉(zhuǎn)換成電能后輸送出去，機(jī)組的動(dòng)力矩大于阻力矩，導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速升高，引水管水壓急劇上升。保護(hù)裝置正常情況時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到某一最大值后，在調(diào)速器的控制下，導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，機(jī)組轉(zhuǎn)速逐漸下降，最后穩(wěn)定在空載開(kāi)度；在緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作的情況下，導(dǎo)葉開(kāi)度快速關(guān)閉至全關(guān)，轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，直至機(jī)組停機(jī)。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障致使發(fā)電機(jī)突然甩去全部負(fù)荷，此時(shí)調(diào)速器又有故障或大部分剪斷銷剪斷使水輪機(jī)導(dǎo)葉不能及時(shí)關(guān)閉，則機(jī)組轉(zhuǎn)速隨對(duì)應(yīng)開(kāi)度升高超過(guò)額定轉(zhuǎn)速，機(jī)組聲音突變呈高速運(yùn)轉(zhuǎn)聲，甚至達(dá)到飛逸轉(zhuǎn)速，對(duì)機(jī)組造成嚴(yán)重破壞，即為通常所說(shuō)的飛車事故。飛逸轉(zhuǎn)速一般為額定轉(zhuǎn)速的1.5～2.7倍。甩負(fù)荷后，機(jī)組轉(zhuǎn)速升高，機(jī)端電壓升高，引水管水壓急劇上升，將影響機(jī)組設(shè)備和壓力管道的安全。

水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷現(xiàn)象的主要表現(xiàn)是：

(1)機(jī)組發(fā)出超速運(yùn)轉(zhuǎn)聲；

(2)運(yùn)行機(jī)組有功功率、無(wú)功功率、定子電流突然無(wú)指示，發(fā)電狀態(tài)指示燈滅，出口斷路器分閘；

(3)自動(dòng)測(cè)控后臺(tái)機(jī)遙信報(bào)警，顯示器有紅色事故窗口界面彈出，音響有低沉警示報(bào)警音；

(4)發(fā)電態(tài)指示燈滅，若線路跳閘將致廠用供電中斷、無(wú)交流照明。

2 水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷產(chǎn)生原因

(1)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生水機(jī)、勵(lì)磁或電氣事故，保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)出口斷路器突然跳閘。

(2)機(jī)組調(diào)速器油壓裝置故障，事故低油壓致緊急停機(jī)，發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘。

(3)主變壓器保護(hù)動(dòng)作或線路故障，導(dǎo)致主變或線路斷路器跳閘。

(4)電力系統(tǒng)故障導(dǎo)致線路開(kāi)關(guān)跳閘等。

3 甩負(fù)荷超速運(yùn)行產(chǎn)生的危害

1)轉(zhuǎn)速升高，軸向推力變化 ，會(huì)引起一系列危險(xiǎn)：(1)隨著轉(zhuǎn)速的升高和導(dǎo)葉開(kāi)度的減小，軸向水推力可能會(huì)與轉(zhuǎn)動(dòng)部分重力相反，反方向的軸向力過(guò)大時(shí)會(huì)把機(jī)組抬起來(lái)，即水泵升力抬機(jī)；有時(shí)尾水管會(huì)出現(xiàn)負(fù)水錘，使轉(zhuǎn)葉下面產(chǎn)生巨大的水錘壓力，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)把機(jī)組抬起來(lái)，稱為反水錘抬機(jī)；(2)抬機(jī)發(fā)生后，轉(zhuǎn)動(dòng)部分上升較多，下降后鏡板與推力瓦產(chǎn)生撞擊，可能造成推力瓦損傷或鏡板變形；(3)轉(zhuǎn)子上升使正常運(yùn)行時(shí)不接觸的部分相碰撞，可能損壞部分部件，如導(dǎo)油盆破裂、碳刷剪斷等現(xiàn)象。

2)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的離心力急劇增加，從而振動(dòng)和擺度超過(guò)允許值，可能引起轉(zhuǎn)動(dòng)部分與靜止部分的碰撞而使部件遭到破壞，如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子失圓與定子發(fā)生碰撞，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪與轉(zhuǎn)輪室發(fā)生碰撞等。

3)可能會(huì)使導(dǎo)瓦、推力瓦損壞，某些固定連接螺栓松動(dòng)或破斷，尾水管產(chǎn)生裂紋，造成機(jī)組設(shè)備損壞。

4)如壓力管道水壓升高過(guò)大，可能造成蝸殼及管道受損或破裂。

4 甩負(fù)荷的應(yīng)對(duì)及預(yù)防措施分析

4.1 應(yīng)對(duì)措施

掌握了水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷的原因、現(xiàn)象和危害，掌握甩負(fù)荷時(shí)的處理辦法及預(yù)防措施，使發(fā)電運(yùn)行人員在值班時(shí)，能夠主動(dòng)迅速地應(yīng)變和處理突發(fā)事故，從而確保機(jī)組及電站建筑物的安全發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，所有值班人員應(yīng)迅速果斷，完成本崗位操作和檢查任務(wù)。

(1)中控室值班人員迅速檢查出口開(kāi)關(guān)及滅磁開(kāi)關(guān)是否斷開(kāi)，如未斷開(kāi)，立即手動(dòng)跳開(kāi)；投入直流應(yīng)急照明，監(jiān)視備用柴油發(fā)電應(yīng)急電源能否自動(dòng)啟動(dòng)投入，恢復(fù)廠用供電。

(2)機(jī)旁值班人員迅速檢查調(diào)速器是否動(dòng)作，開(kāi)度是否到空載開(kāi)度，如調(diào)速器未動(dòng)作，立即按壓快關(guān)電磁閥手動(dòng)按鈕，將導(dǎo)葉關(guān)至空載開(kāi)度；情況緊急時(shí)，直接按下緊急停機(jī)電磁閥手動(dòng)按鈕，全關(guān)導(dǎo)葉。

(3)為防止調(diào)速器因故障不能動(dòng)作或?qū)~剪斷銷剪斷過(guò)多，機(jī)組不能減速或者停轉(zhuǎn)，值班長(zhǎng)應(yīng)立即指派專人以最快速度關(guān)閉前池機(jī)組進(jìn)水快速閘門。

(4)水機(jī)層值班人員完成頂蓋排水、剎車制動(dòng)有關(guān)操作后，迅速趕到電機(jī)層，配合機(jī)旁人員操作，聽(tīng)候值班長(zhǎng)調(diào)配。

4.2 預(yù)防措施

(1)如遇劇烈的雷雨大風(fēng)，可經(jīng)請(qǐng)示后停機(jī)。若情況緊急，可先停機(jī)，后向有關(guān)人員匯報(bào)。

(2)若電站防汛泄洪任務(wù)，對(duì)廠用電依賴程度高，則需配備高性能的全自動(dòng)化柴油發(fā)電應(yīng)急電源，并做好日常維護(hù)巡查，確保事故停電發(fā)生時(shí)，柴油機(jī)組能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成自動(dòng)啟動(dòng)，自動(dòng)投入廠用供電。

(3)經(jīng)常開(kāi)展事故預(yù)想及反事故演習(xí)，確定班組內(nèi)應(yīng)急操作人員分工定位，做到心中有數(shù)，事故發(fā)生時(shí)能迅速跑位、操作及時(shí)準(zhǔn)確，遇事不慌不亂。

(4)加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和巡回檢查，提高生產(chǎn)一線員工的工作用心度，隨時(shí)掌握設(shè)備特別是機(jī)組的運(yùn)行狀況，作全記錄多分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)消缺處理，保證設(shè)備健康可靠運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，水電站在日常運(yùn)行中會(huì)經(jīng)常發(fā)生甩負(fù)荷等各種異常情況。同一異常情況有時(shí)候可能有各種不同的現(xiàn)象和產(chǎn)生原因，掌握了水輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷的產(chǎn)生原因、表現(xiàn)形式和危害，熟練掌握甩負(fù)荷時(shí)的處理辦法及預(yù)防措施，可以保證發(fā)電運(yùn)行人員在值班時(shí)，能夠主動(dòng)迅速地應(yīng)變和處理突發(fā)事故，做到故障分析全面，方向判斷準(zhǔn)確，迅速處理并及時(shí)排除異常情況，最大程度減小發(fā)電損失，保證水輪機(jī)組及電站建筑物的安全。