貫流式水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化設(shè)計(jì)及安裝常用方法

江愛華

【摘? 要】近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的穩(wěn)步發(fā)展，發(fā)電廠（站）發(fā)電量越來越大，對(duì)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力提出了更高的要求。當(dāng)前電力系統(tǒng)中，選擇安裝的主要是貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，該型機(jī)組具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。論文的研究思路和成果可以為類似工程項(xiàng)目提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】貫流式水輪發(fā)電機(jī)組;自動(dòng)控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)、改進(jìn)及安裝

【Abstract】In recent years， with the steady development of China's economy， the power generation capacity of power plants （stations） has been increased， which has put forward higher requirements for the generating capacity of generating units. At present， in the power system， the main choice for installation is the tubular hydro-generating unit， which has unique advantages. The research ideas and results of this paper can provide reference for similar projects.

【Keywords】 tubular hydro-generating unit; automatic control system; design， improvement and installation

1 引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的穩(wěn)步發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電力資源的需求量與日俱增，各級(jí)各類發(fā)電廠（站）發(fā)電量越來越大，對(duì)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力提出了更高的要求。眾所周知，發(fā)電機(jī)組是整個(gè)電力系統(tǒng)的核心部件，其性能優(yōu)劣對(duì)電力系統(tǒng)的作用發(fā)揮有著決定性的影響。

當(dāng)前電力系統(tǒng)中，選擇安裝的主要是貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。貫流式水輪機(jī)雖然開發(fā)較晚，但是近年來發(fā)展較快，一方面是因?yàn)橹懈咚^水電資源開發(fā)殆盡，另一方面是因?yàn)樨灹魇剿啓C(jī)具有十分優(yōu)越的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如能量指標(biāo)和效率都比較高、能節(jié)約建設(shè)投資，又可增加一定的年發(fā)電量，同時(shí)氣蝕輕微、檢修工作量小。

本文中，作者在總結(jié)貫流式水輪發(fā)電機(jī)組分類、發(fā)展歷史和結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，分析了該型機(jī)組自動(dòng)化控制各分系統(tǒng)組成及常見故障模式，并提出了設(shè)計(jì)、改進(jìn)和安裝要求，同時(shí)也點(diǎn)明了機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展方向。

2 貫流式水輪發(fā)電機(jī)組簡(jiǎn)介

按GB/T2900.45-1969〈電工術(shù)語：水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī)〉中的定義，貫流式水輪機(jī)指的是過流通道呈直錢（或s形）布置的軸流式水輪機(jī)。該型機(jī)組主要有以下三種常見形式：燈泡貫流式機(jī)組，豎井貫流式機(jī)組，全貫流式機(jī)組指，具體如圖1所示。

其中，燈泡貫流式機(jī)組指的是發(fā)電機(jī)安裝在位于流道中的燈泡體內(nèi);豎井貫流式機(jī)組指的是發(fā)電機(jī)安裝在流道內(nèi)的豎井中，發(fā)電機(jī)通過一個(gè)變速裝置與水輪機(jī)相連，通過豎井直接從上方拆卸發(fā)電機(jī)和變速裝置;全貫流式機(jī)組指的是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪連在一起。

貫流式水輪機(jī)起步較晚且發(fā)展較慢。國(guó)外從20世紀(jì)30年代開始使用，到60年代才比較興旺。國(guó)內(nèi)則從20世紀(jì)80年代開始使用，到21世紀(jì)初方蓬勃發(fā)展。國(guó)內(nèi)廠家從引進(jìn)仿制、試制中小型貫流式水輪發(fā)電機(jī)組開始，到如今已有不少?gòu)S家能自主開發(fā)、獨(dú)立設(shè)計(jì)制造50MW以上大型貫流式機(jī)組，甚至正在生產(chǎn)世界上最大的貫流機(jī)組（出口巴西75MW貫流機(jī)組）[1]。

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前以燈泡貫流式水輪機(jī)組規(guī)模最大、發(fā)展最快。因此，本文的研究，主要針對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)組。

3 貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)組成

貫流式水輪發(fā)電機(jī)組沒有蝸殼，主要由引水部件、排水部件、轉(zhuǎn)輪及相應(yīng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。該型機(jī)組最大的特點(diǎn)在于引水室和導(dǎo)水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與常見的臥軸式軸流水輪機(jī)組結(jié)構(gòu)不同，它采用的是圓錐形導(dǎo)水結(jié)構(gòu)。

機(jī)組各部分的運(yùn)轉(zhuǎn)主要是靠自動(dòng)化控制系統(tǒng)來控制和調(diào)節(jié)，因此，自動(dòng)化控制系統(tǒng)相當(dāng)于貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的“大腦”。在實(shí)際運(yùn)行過程中，機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要涉及水輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、高壓油裝置以及與之相配套的調(diào)速器、軸承潤(rùn)滑油裝置等，并且還有各種相關(guān)聯(lián)的其他自動(dòng)化元件。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，一方面動(dòng)態(tài)調(diào)配各種設(shè)備的運(yùn)行與停止，另一方面可以實(shí)時(shí)監(jiān)視各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障或者超標(biāo)時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，避免事故的發(fā)生。

4 貫流式水輪發(fā)電機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)常見故障

4.1 軸承潤(rùn)滑油分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)主要控制高位油及軸承油泵，當(dāng)實(shí)際油位超過提前預(yù)設(shè)的油位上限、油位下限時(shí)，或者油位不正常時(shí)，都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào);同時(shí)，該分系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油流量的監(jiān)控，當(dāng)流速異常時(shí)，也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

該分系統(tǒng)常見的故障，主要有油位設(shè)置不當(dāng)，傳感器失靈，或者報(bào)警裝置出現(xiàn)誤報(bào)或者漏報(bào)等。

4.2 高壓油頂起控制分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)主要在貫流式水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)和停止時(shí)發(fā)揮作用，通過高壓油頂起主軸，在軸承周圍形成油膜，以防止發(fā)電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)，因長(zhǎng)時(shí)間低轉(zhuǎn)速運(yùn)行而燒壞軸瓦。

該分系統(tǒng)常見的故障，有可能是高壓油頂起壓力不足，導(dǎo)致功能不能完全發(fā)揮;也有可能是高壓油泵出現(xiàn)故障，導(dǎo)致該分系統(tǒng)不能正常工作。

4.3 冷卻水控制分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)主要通過機(jī)組的油冷卻器和空氣冷卻器里面冷卻水的流動(dòng)帶走部分熱量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的冷卻，起到運(yùn)行過程中降溫的作用。

該分系統(tǒng)常見的故障，主要有技術(shù)供水泵故障導(dǎo)致冷卻水中斷或壓力過低而引起發(fā)電機(jī)和潤(rùn)滑油溫度升高。

4.4 重錘關(guān)閉控制分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)主要由調(diào)速器事故配壓伐和導(dǎo)葉重錘共同組成，用來防止機(jī)組出現(xiàn)飛逸事故。

該分系統(tǒng)常見的故障，有可能是事故配壓伐動(dòng)作信號(hào)檢測(cè)失靈，導(dǎo)致出現(xiàn)誤動(dòng)作;或是事故配壓伐拒動(dòng)，導(dǎo)致不能發(fā)揮控制作用。

4.5 機(jī)組冷卻風(fēng)機(jī)、加熱器及除濕器控制分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組定、轉(zhuǎn)子溫度控制，工作環(huán)境濕度控制等，保證機(jī)組工作在適宜的溫濕度環(huán)境內(nèi)。

該分系統(tǒng)常見的故障主要是各種傳感器靈敏度控制失效，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)的參數(shù)不準(zhǔn)或控制失靈。

5 貫流式水輪發(fā)電機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝要求

潤(rùn)滑油的質(zhì)量對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制效果有重要影響，油質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)需要嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求之內(nèi)，才能夠發(fā)揮應(yīng)有的壓力調(diào)節(jié)作用。因此，為了保證合格的油質(zhì)，需要做好主軸的密封，避免空氣、雜質(zhì)等進(jìn)入油內(nèi)，影響到油的純凈度。

進(jìn)行油位監(jiān)控的時(shí)候，需要設(shè)置合適的油位上限、油位下限等參數(shù)，避免參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引起誤報(bào)和漏報(bào)。

需要定期檢測(cè)冷卻水管的狀態(tài)，因?yàn)槔鋮s水管是整個(gè)冷卻分系統(tǒng)中最脆弱的環(huán)節(jié)，很多的事故隱患都發(fā)生在冷水水管上。要選用質(zhì)量好的冷卻水管，并且發(fā)現(xiàn)冷卻水管有裂紋或其他故障隱患時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行更換。

要注意及時(shí)檢查各種泵和閥門的工作狀態(tài)。這兩者的開啟和閉合直接決定了機(jī)組的控制信號(hào)的連通和斷開，并且在機(jī)組運(yùn)行過程中頻繁使用，屬于故障隱患高危區(qū)。因此，一方面，重要的泵和閥門需要設(shè)置備份，主用泵或閥門出現(xiàn)故障時(shí)，備用的及時(shí)進(jìn)行更替;另一方面，需要采用先進(jìn)的傳感器監(jiān)測(cè)泵和閥門的工作狀態(tài)，出現(xiàn)故障及時(shí)停機(jī)進(jìn)行檢修或更換。

高壓頂起油泵打油時(shí)，要考慮到油壓頂起的位置，一般設(shè)置在水導(dǎo)軸承和發(fā)導(dǎo)軸承，以更好地保障機(jī)組的運(yùn)行安全和效率。

6 結(jié)語

貫流式水輪發(fā)電機(jī)組因?yàn)樽陨愍?dú)特的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化控制系統(tǒng)能極大提高發(fā)電機(jī)組的工作效率，還能夠減少人員投入，對(duì)于提高發(fā)電的性價(jià)比很有優(yōu)勢(shì)。因此，雖然自動(dòng)化控制系統(tǒng)有各種故障隱患，但是仍然得到廣泛的使用。本文中提出的設(shè)計(jì)、改進(jìn)和安裝方法，具有普遍的適用性，對(duì)于具體的工程項(xiàng)目，還需要結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，進(jìn)行更加科學(xué)、更有針對(duì)性的研究，確保所采用的措施切實(shí)有效，能發(fā)揮最大的性價(jià)比。

隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用各種先進(jìn)的、智能的控制方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、高效的自動(dòng)化控制，是當(dāng)前的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，有條件的電力部門可以結(jié)合資源優(yōu)勢(shì)，開展相關(guān)研究和實(shí)踐，共同努力促進(jìn)貫流式水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化控制水平的提高。

【參考文獻(xiàn)】

【1】吳迪. 貫流式水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)的改進(jìn)[J]. 中國(guó)科技縱橫， 2014（024）：179-179.