某大型水電站機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)分析及對策

唐武強(qiáng)，鄒林峰，黎學(xué)文

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠，四川 涼山 615400）

1 引言

發(fā)電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)（以下簡稱“非?！保┦请姀S安全可靠性指標(biāo)管理中的一個重要指標(biāo)，“非?！奔仁前踩珕栴}，也是經(jīng)濟(jì)問題。機(jī)組“非停”會帶來電量損失、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、設(shè)備使用壽命損耗，也會破壞電網(wǎng)穩(wěn)定。因此，在電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)，機(jī)組年“非?！迸_次是電站安全生產(chǎn)考核重要指標(biāo)之一。本文從機(jī)電設(shè)備方面，對可能導(dǎo)致機(jī)組“非?！笔鹿实娘L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行具體分析，并提出相應(yīng)的防范對策，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，盡可能降低機(jī)組“非?！憋L(fēng)險(xiǎn)。

按照《發(fā)電設(shè)備可靠性評價(jià)規(guī)程》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)停運(yùn)的緊迫程度，機(jī)組“非?！狈譃槲孱?，其中1類～3類“非?！睜顟B(tài)稱為強(qiáng)迫停運(yùn)，本文涉及的“非?！狈治鲋饕獮閺?qiáng)迫停運(yùn)?！胺峭！狈诸愒斠姳?所示。

表1 機(jī)組“非?！狈N類

2 電站基本概況

該大型水電站位于金沙江上，左、右岸地下廠房各裝設(shè)8臺混流式水輪發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量1 000 MW，電站總裝機(jī)容量為16 000 MW，多年平均發(fā)電量624億kW·h左右，是國家中部“西電東送”通道的骨干電站，主要供電華東電網(wǎng)，并兼顧當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的用電需要。該電站在解決華東地區(qū)能源短缺，緩解煤炭運(yùn)輸壓力，減輕東部地區(qū)的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)全國資源的優(yōu)化配置和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中起著重要作用。大型水電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，不僅關(guān)系到水電站樞紐發(fā)電、防洪、航運(yùn)等功能實(shí)現(xiàn)，而且對電網(wǎng)的穩(wěn)定及骨干電源的保障也起著至關(guān)重要的作用。

3 風(fēng)險(xiǎn)分析及防范對策

3.1 發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘

3.1.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

發(fā)電機(jī)出口設(shè)置斷路器、隔離刀閘等設(shè)備。斷路器用于機(jī)組的并網(wǎng)、離網(wǎng)及切除故障，隔離刀閘用于電氣一次設(shè)備之間的明顯分?jǐn)帱c(diǎn)。機(jī)組開機(jī)前，先將隔離刀閘合上；機(jī)組全停后，將隔離刀閘拉開。隔離刀閘采用三相聯(lián)動連桿機(jī)構(gòu)，刀閘位置由靠近電機(jī)側(cè)C相分/合閘位置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反饋，當(dāng)發(fā)生因緊固螺母松動而導(dǎo)致連桿脫落時(shí)，刀閘A、B兩相可能并未合閘到位，在持續(xù)增加機(jī)組出力時(shí)，最終可能因GCB開關(guān)三相差流過大而導(dǎo)致機(jī)組事故跳閘。

圖1 刀閘連桿機(jī)構(gòu)拐臂脫落

3.1.2 防范對策

（1）為避免發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘傳動連桿機(jī)構(gòu)脫落，在發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘連桿拐臂上加裝擋板并采用新工藝的連桿結(jié)構(gòu)；

（2）為方便辨識連桿機(jī)構(gòu)的連接銷是否存在位移偏差，對連接銷位置進(jìn)行標(biāo)識，定期檢查，發(fā)現(xiàn)錯位時(shí)，及時(shí)更換插銷并調(diào)整連桿位置；

（3）隔離刀閘分/合操作過程中，現(xiàn)場通過發(fā)電機(jī)隔離刀閘觀察窗查看發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘實(shí)際狀態(tài)，同時(shí)檢查連桿機(jī)構(gòu)是否完好，有無脫落、變形等現(xiàn)象；

（4）機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)后，檢查三相電壓、電流是否平衡。

3.2 發(fā)電機(jī)推力軸承油外循環(huán)冷卻系統(tǒng)

3.2.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

發(fā)電機(jī)推力軸承用于承受水輪發(fā)電機(jī)組所有轉(zhuǎn)動部分的重量和水輪機(jī)軸向水推力，推力軸承浸沒在油槽中得到潤滑和冷卻。推力軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)配置6臺油泵，油泵將油槽中油送至冷卻器進(jìn)行冷卻后送回油槽。為保證機(jī)組正常運(yùn)行，需至少4臺外循環(huán)泵（即4臺冷卻器）同時(shí)工作。在原設(shè)計(jì)中，3臺外循環(huán)泵電源取自發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備電源柜I段母線，另外3臺取自II段母線。當(dāng)發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備電源柜任一段母線電源掉電時(shí)，冷卻器油泵只有3臺運(yùn)行，不滿足機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)冷卻器運(yùn)行臺數(shù)要求，會導(dǎo)致軸承瓦溫逐漸升高，有事故停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 防范對策

為提高油泵供電可靠性，避免因發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備電源柜任一段母線掉電，造成推力軸承冷卻系統(tǒng)油泵運(yùn)行臺數(shù)減半而導(dǎo)致機(jī)組非停風(fēng)險(xiǎn)，將推力外循環(huán)泵動力電源優(yōu)化為：發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備電源柜I、II段母線各帶1臺油泵，機(jī)組自用電I、II段母線各帶2臺油泵。另外，將機(jī)組推力瓦油外循泵運(yùn)行臺數(shù)小于4臺，設(shè)置為監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警事件，當(dāng)油泵運(yùn)行臺數(shù)異常減少時(shí)，便于監(jiān)屏人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

3.3 勵磁同步變壓器高壓側(cè)熔斷器

3.3.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

勵磁系統(tǒng)功率柜把三相交流電整流成直流電后，再通過引線將直流電引送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極繞組，形成發(fā)電機(jī)勵磁磁場。勵磁系統(tǒng)功率柜中同步變壓器用于整流器晶閘管的導(dǎo)通角控制，導(dǎo)通角的計(jì)算起點(diǎn)與主電路的交流電壓的過零點(diǎn)同步，該過零點(diǎn)由同步變壓器隔離后送到控制回路，用于控制晶閘管將交流電整流成直流電。實(shí)際情況表明，勵磁系統(tǒng)同步變壓器高壓側(cè)熔斷器由于長時(shí)間運(yùn)行發(fā)熱而熔斷的故障率較高，該故障使同步信號紊亂，勵磁功率柜直流電輸出異常，存在導(dǎo)致機(jī)組失磁的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3.2 防范對策

為保證勵磁功率柜同步變壓器性能可靠，減少機(jī)組失磁風(fēng)險(xiǎn)，取消同步變壓器高壓側(cè)熔斷器。

圖2 勵磁系統(tǒng)同步變壓器

3.4 主變壓器冷卻器系統(tǒng)

3.4.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

該電站機(jī)組采用發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線方式。主變?yōu)槿嘧儔浩?，每相配?臺冷卻器，冷卻器系統(tǒng)設(shè)置兩路交流動力電源，用于冷卻器油泵電機(jī)、閥門電機(jī)供電。主變冷卻器全停延時(shí)啟動條件為：當(dāng)兩路動力電源掉電或4臺冷卻器都故障時(shí)，主變冷卻器瞬時(shí)報(bào)“冷卻器全停報(bào)警”信號，延時(shí)t1且變壓器頂層油溫達(dá)到T℃時(shí)，或冷卻器全停報(bào)警后延時(shí)t2（t2>t1），啟動主變冷卻器全停跳閘信號。

圖3 冷卻器全停主變跳閘邏輯

由于主變壓器4臺冷卻器故障信號由PLC開出的軟接點(diǎn)控制，故存在由于PLC程序故障導(dǎo)致誤報(bào)冷卻器故障的可能，將會造成變壓器跳閘，導(dǎo)致機(jī)組事故停運(yùn)。

3.4.2 防范對策

（1）針對上述問題，對主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC程序進(jìn)行優(yōu)化：

（2）當(dāng)主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC程序發(fā)生故障時(shí)，其報(bào)出的冷卻器全停信號不啟動，冷卻器全停主變跳閘信號；

（3）當(dāng)主變冷卻器因掉電、損壞等原因4臺冷卻器同時(shí)故障時(shí)，冷卻器全停信號回路能繞過故障PLC，正常啟動冷卻器全停主變跳閘信號。

3.5 導(dǎo)葉位置傳感器

3.5.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

機(jī)組調(diào)速器用于控制活動導(dǎo)葉的開度，調(diào)節(jié)機(jī)組有功和頻率。調(diào)速器調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用兩套（A套、B套）獨(dú)立、相同的PCC控制器實(shí)現(xiàn)調(diào)速器的雙通道控制。在原設(shè)計(jì)中，A套、B套調(diào)節(jié)器各取1路導(dǎo)葉位置傳感器，相互獨(dú)立，設(shè)計(jì)原理如圖4所示。當(dāng)送調(diào)節(jié)器的位置傳感器故障，同時(shí)另一套調(diào)節(jié)器故障時(shí)，調(diào)速器將無法正常工作，不能進(jìn)行有功功率調(diào)節(jié)，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖4 導(dǎo)葉位置傳感器信號原設(shè)計(jì)

3.5.2 防范對策

為提高調(diào)速器控制系統(tǒng)可靠性，增加第3路導(dǎo)葉位置傳感器，其經(jīng)隔離變送器擴(kuò)展后分別送A套、B套調(diào)節(jié)器，即確保每套調(diào)節(jié)器有兩路導(dǎo)葉位置傳感器信號，降低了單套調(diào)節(jié)器故障的可能性。

圖5 導(dǎo)葉位置傳感器信號優(yōu)化方案

3.6 調(diào)速器主配壓閥

3.6.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

調(diào)速器主配壓閥用于油路與導(dǎo)葉接力器的接通，控制接力器實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉的開啟和關(guān)閉。造成調(diào)速器主配壓閥抽動的原因很多，主要為調(diào)速器系統(tǒng)管路壓力油的精度不夠，機(jī)組轉(zhuǎn)速裝置測量的數(shù)值存在漂移，電網(wǎng)事故時(shí)機(jī)組的負(fù)荷頻繁波動，水電機(jī)組的超低頻振蕩，AGC與一次調(diào)頻之間的相互干擾等。主配抽動易造成步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器發(fā)熱、壓油泵加載頻繁、機(jī)組頻率頻繁波動、電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定破壞，影響系統(tǒng)安全，造成機(jī)組事故停機(jī)。

3.6.2 防范對策

（1）主配壓閥安裝過程中，加強(qiáng)安裝工藝監(jiān)督，防范設(shè)備安裝過程中越流程、少部件等現(xiàn)象的粗糙安裝；

（2）強(qiáng)化調(diào)速器系統(tǒng)壓力油油質(zhì)管理，定期對油質(zhì)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)油質(zhì)不合格時(shí)，對油進(jìn)行過濾或者更換合格的新油；

（3）進(jìn)行調(diào)速器系統(tǒng)性能試驗(yàn)時(shí)，合理設(shè)置調(diào)速器調(diào)節(jié)參數(shù)，保證調(diào)速器主配壓閥及其他設(shè)備穩(wěn)定正常工作；

（4）電網(wǎng)頻率波動，機(jī)組一次調(diào)頻投入時(shí)，關(guān)注機(jī)組頻率、功率、導(dǎo)葉開度及電網(wǎng)頻率、電壓、電流等特征量的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)速器主配壓閥抽動現(xiàn)象并進(jìn)行相應(yīng)處置。

3.7 機(jī)組進(jìn)水口快速閘門快閉手動閥

3.7.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

機(jī)組進(jìn)水口設(shè)置快速門，用于機(jī)組引水管事故、機(jī)組異常過速、調(diào)速器導(dǎo)葉失控、機(jī)組蠕動等故障時(shí)動水閉門，防止事故擴(kuò)大。進(jìn)水口快速門液壓系統(tǒng)設(shè)置快閉手動閥，快閉手動閥開啟時(shí)，快速閘門不受電控系統(tǒng)控制將直接落至全關(guān)位置，隔斷機(jī)組進(jìn)水水流。該快閉手動閥未設(shè)置防誤操作裝置，存在人員及工器具誤操作、誤碰的風(fēng)險(xiǎn)，造成閘門快速關(guān)閉，機(jī)組水流中斷，進(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組事故停機(jī)。

3.7.2 防范對策

為防止人員及工器具對快速門液壓系統(tǒng)快閉手動閥門操作手柄的直接誤碰，在快閉手動閥上加裝安全防護(hù)罩。另外，在快閉手動閥的操作手柄上懸掛警示牌，防止人員誤操作該閥門。

3.8 快速門控制單元PLC

3.8.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

快速門控制系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)三級下滑位置開關(guān)，分別用于快速門PLC自動提升閘門、閘門下滑報(bào)警、閘門下滑事故停機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有機(jī)組快速門異常下滑保護(hù)邏輯，即當(dāng)快速門下滑至事故位，且進(jìn)水口閘門小于90%開度時(shí)觸發(fā)機(jī)械事故停機(jī)流程，全關(guān)快速門。原設(shè)計(jì)中，該電站快速門僅設(shè)計(jì)一級下滑位置開關(guān)，不能準(zhǔn)確判斷閘門實(shí)際故障狀態(tài)，且當(dāng)快速門開度跳變時(shí)，容易報(bào)出“閘門異常下滑”信號，造成停機(jī)保護(hù)誤動作。

3.8.2 防范對策

在快速門控制系統(tǒng)PLC程序中設(shè)置三級異常閘門下滑獨(dú)立位置開關(guān)（下滑提升位置、下滑告警位置、下滑事故落門位置），閘門三級位置開關(guān)信號送至監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)快速門出現(xiàn)下滑現(xiàn)象時(shí)可提前發(fā)現(xiàn)，并及時(shí)進(jìn)行異常處置，防止閘門落至事故位導(dǎo)致機(jī)組“非?！?。另外，在PLC程序中做好閘門開度模擬量跳變的閉鎖邏輯，防止閘門開度跳變，誤報(bào)開度異常信號。

3.9 機(jī)組頂蓋平壓管

3.9.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

為了減輕機(jī)組運(yùn)行中的軸向水推力，提高機(jī)組推力軸承運(yùn)行的安全可靠性，混流式水輪機(jī)的頂蓋設(shè)置平壓管，將轉(zhuǎn)輪與頂蓋腔內(nèi)的水排出。該電站機(jī)組水輪機(jī)頂蓋內(nèi)設(shè)置有8根平壓管，平壓管采用夾筋板結(jié)構(gòu)，與機(jī)坑里襯埋管連接處采用伸縮節(jié)式結(jié)構(gòu)，密封采用“O”型圈+盤根結(jié)構(gòu)。機(jī)組運(yùn)行過程中長期的振動可引起平壓管連接處密封圈老化磨損、水管焊縫破裂導(dǎo)致平壓管大量漏水至機(jī)組頂蓋，造成水淹水導(dǎo)的嚴(yán)重后果。

3.9.2 防范對策

在每輪的機(jī)組檢修期間，對水輪機(jī)頂蓋平壓管連接處的密封圈更換，同時(shí)對平壓管進(jìn)行探傷檢測，發(fā)現(xiàn)裂紋及時(shí)處理；另外，巡檢、趨勢分析關(guān)注機(jī)組頂蓋水位變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)平壓管漏水現(xiàn)象。

3.10 發(fā)電機(jī)空氣冷卻器排氣閥

3.10.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

發(fā)電機(jī)定子鐵心、定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組采用密閉自循環(huán)全空氣冷卻方式。發(fā)電機(jī)定子機(jī)座外圍均勻布置空氣冷卻器，冷卻器內(nèi)設(shè)置水管，用于熱風(fēng)冷卻。空冷器頂部設(shè)置冷器水管路排氣孔和排氣閥，設(shè)備檢修后首次充完時(shí)通過排氣孔將管路中的空氣排出。當(dāng)冷卻器頂部排氣閥誤開啟發(fā)生噴水時(shí)，存在噴水散落至發(fā)電機(jī)定子線棒的風(fēng)險(xiǎn)，造成定子絕緣降低，定子短路或接地，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組事故跳閘。

圖6 發(fā)電機(jī)空氣冷卻器

3.10.2 防范對策

為防止發(fā)電機(jī)空氣冷卻器頂部排氣閥損壞噴水，在排氣閥上加裝水管，將水引至空氣冷卻器底部的排水溝。另外，機(jī)組檢修后發(fā)電機(jī)空氣冷器水管充水并排氣完成時(shí)，將空氣冷卻器排氣手動閥關(guān)閉。

4 結(jié)語

通過對水電站機(jī)組機(jī)電設(shè)備進(jìn)行具體分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化并采取有效風(fēng)險(xiǎn)防范對策，有效消除機(jī)組“非?！憋L(fēng)險(xiǎn)，大幅提升機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行能力，為創(chuàng)建本質(zhì)安全型電站奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。