李 葉，王 寅

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

瀑布溝水電站機組運行可靠性分析

李 葉，王 寅

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

水輪發(fā)電機組的穩(wěn)定可靠運行不僅是對機組自身穩(wěn)定性的一種保障，也是對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的可靠保障。針對瀑布溝機組運行中存在的若干隱患，提出有效的整改防范措施，降低機組強迫停運以及事故停運的可能性，不斷完善、優(yōu)化運行，提高機組可靠性，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

機組；可靠性；運行

0 概述

瀑布溝水電站位于大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩縣交界處，距成都市直線距離約200 km，距重慶市直線距離約360 km，靠近負(fù)荷中心。電站工程由礫石心墻堆石壩、左岸泄洪洞、左岸溢洪道、右岸放空洞和左岸引水發(fā)電系統(tǒng)以及尼日河引水工程等組成。大壩建成后將形成53.9億m3的水庫，裝設(shè)6臺600 MW的混流式水輪發(fā)電機組，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用，枯水期擔(dān)負(fù)峰腰荷，豐水期主要擔(dān)負(fù)基荷和部分腰荷，是四川電力系統(tǒng)中的骨干電站之一。

引水發(fā)電系統(tǒng)布置在左岸山體內(nèi)，為地下廠房三洞室結(jié)構(gòu)。瀑布溝水電站按無人值班原則設(shè)計，正常情況下由大渡河流域梯級水電站成都集控中心（簡稱大渡河流域成都集控中心）統(tǒng)一調(diào)度運行。

工程于2004年3月開工建設(shè)，2009年底首批兩臺機組發(fā)電，計劃2010年底全部投產(chǎn)。

1 水輪發(fā)電機組可靠性的意義及影響

機組可靠性是衡量機組設(shè)備質(zhì)量的重要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。大型水輪發(fā)電機組裝機容量的增加以及自動化水平的提高，機組的可靠性問題已引起高度的重視，并且逐漸成為機組設(shè)備市場競爭的焦點和機組穩(wěn)定運行的保障。對瀑布溝水電站機組可靠性的研究和分析，有利于更好的掌握機組運行規(guī)律，控制機組運行時的風(fēng)險點，保障大型水電站安全、穩(wěn)定、可靠運行。進(jìn)而保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠運行。

2 瀑布溝水電站機組主要參數(shù)（表1）

表1

3 瀑布溝水電站機組運行可靠性的若干隱患

3.1 瀑布溝水電站機組振擺問題

由于瀑布溝電站機組在系統(tǒng)中主要擔(dān)負(fù)系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用的作用，因此不可避免地需要在小開度或振動區(qū)范圍附近運行。這不僅嚴(yán)重影響了機組的使用壽命，也降低了機組運行的安全穩(wěn)定性。因此，對于瀑布溝電站來說，如何既能滿足調(diào)度對電力生產(chǎn)的要求，又能提高機組的運行穩(wěn)定性具有十分重要的現(xiàn)實意義。

當(dāng)機組在低水頭、低負(fù)荷、高水頭、超負(fù)荷以及空載運行工況下，水輪機的振動程度隨之而不同。振動是旋轉(zhuǎn)機械不可避免的現(xiàn)象,若能將其振幅限制在允許范圍內(nèi),就能確保機組安全正常運行。但較大振動對機組安全是不利的,它可能使機組各連接部件松動,使各轉(zhuǎn)動部件與靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至掃膛而損壞；引起零部件或焊縫的疲勞、形成并擴大裂縫甚至斷裂；尾水管低頻壓力脈動可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫；當(dāng)其頻率與發(fā)電機或電力系統(tǒng)的自振頻率接近時,將發(fā)生共振,引起機組出力大幅度波動,可能會造成機組從電力系統(tǒng)中解列,甚至危及廠房及水工建筑物。俄羅斯薩揚水電站因機組振擺過大發(fā)生的“8.17”重大安全事故以血的教訓(xùn)證明了此危害之大。

瀑布溝水電站的3號、5號水輪發(fā)電機組的振擺情況較4號機、6號機稍大，尤其3號機機組在運行過程中振擺過大，歷史最高點下導(dǎo)振擺高達(dá)至接近700μm。3號機組曾多次因為振擺過大，不得不下令嚴(yán)禁調(diào)整負(fù)荷以保機組穩(wěn)定，最終迫使3號機組申請停機。

針對以上問題，采取以下降低機組振擺的具體措施：

（1）采用狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，全面掌握機組運行數(shù)據(jù)。

20 世紀(jì)90年代以來，以水輪發(fā)電機組振動監(jiān)測和分析為主的系統(tǒng)（包括在線和離線監(jiān)測）開始在水電廠中實施運用，對運行機組的穩(wěn)定性監(jiān)測和故障分析取得了較好的作用，為真正實現(xiàn)水電廠“無人值班”（少人值守）的運行方式和由預(yù)防性、定期性檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)換提供了保證。瀑布溝電站在線監(jiān)測裝置通過對水力機組的運行穩(wěn)定性（包括振動、振擺、壓力脈動等物理量）、定轉(zhuǎn)子空氣間隙、水輪機空化噪聲、發(fā)動機局部放電、發(fā)電機故障錄波、變壓器局部放電和油色譜等的在線監(jiān)測，同時聯(lián)合計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測信息，針對電廠機組，建立功能較為完備的跟蹤分析系統(tǒng)，提供報警、預(yù)警、狀態(tài)分析、性能評價、故障診斷等一系列工具和手段，為機組的安全運行，優(yōu)化調(diào)度和檢修指導(dǎo)提供有力的技術(shù)支持。同時利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，綜合計算機監(jiān)控系統(tǒng)等信息和專家知識，綜合MIS及計算機監(jiān)控系統(tǒng)等信息和專家知識，進(jìn)行故障分析及診斷，實時掌握水輪發(fā)電機組健康狀況，為狀態(tài)檢修提供輔助決策并實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的信息共享，并為MIS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。其振擺狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的測點布置見表2：

表2 機組水輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測測點布置清單

（2）合理安排機組運行方式，確保機組運行在最佳工況。

通過進(jìn)行各水頭穩(wěn)定性試驗，瀑布溝電站逐步掌握了各機組在不同水頭下的運行穩(wěn)定區(qū)域，優(yōu)化分配各機組負(fù)荷，避免機組在振動區(qū)運行。既完成了發(fā)電任務(wù)，同時又最大限度地保護(hù)了機組。

（3）加強設(shè)備整治和改造，努力提高檢修工藝水平。

通過長期對設(shè)備的監(jiān)視觀察、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對振動過大的機組進(jìn)行設(shè)備整治和改造，進(jìn)一步改善了機組可靠、穩(wěn)定運行。如對振擺過大的瀑布溝3F機組采取拆除下導(dǎo)油槽密封碳精塊后，3號機組振擺良好，穩(wěn)定至100μm左右。

通過完善監(jiān)測手段和進(jìn)行大量的試驗工作，瀑布溝水電站獲取了機組運行的大量特征數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)取得后，不僅為調(diào)度、運行人員合理安排機組運行方式、確保機組在最優(yōu)工況下運行提供了參考，還可通過日常巡回檢查及時掌握設(shè)備運行狀態(tài)、及早發(fā)現(xiàn)缺陷和設(shè)備隱患，對檢修周期和檢修方案的確定具有極大的指導(dǎo)作用，同時還為電廠今后實現(xiàn)狀態(tài)檢修打下了堅實的基礎(chǔ)。

3.2 瀑布溝水電站機組測溫電阻問題

瀑布溝電站自投產(chǎn)發(fā)電以來，定子線圈、水導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、空冷頻繁出現(xiàn)瓦溫跳變等異常情況，其原因多為測溫電阻損壞。該處采用Pt100測溫電阻,采用三選二的測溫方法，即當(dāng)相鄰3點有2點測溫值到達(dá)報警值時則事故停機。因此當(dāng)出現(xiàn)測溫值跳變時，為保障機組運行的安全性，不得不采用接至備用電阻或甩線待停機處理等方法。Pt100測溫電阻靈敏度高、測量精確高，在低溫測量中有廣泛的應(yīng)用，但元件的穩(wěn)定性較差、容易老化。針對該電阻易損壞的特點，瀑布溝電廠對測溫回路電纜的屏蔽層進(jìn)行了專項整治，采用屏蔽層單端接的方式，降低測溫回路的電磁干擾強度，降低電阻損壞的機率。

3.3 瀑布溝水電站機組測速裝置受干擾誤動問題

瀑布溝水電站機組采用兩套原理不同的測速裝置，每套上送2個信號分別至監(jiān)控機組本地屏和水機保護(hù)屏，采用交直流雙電源供電。6號機組測速裝置曾因交流電源干擾誤動作，造成機組過速保護(hù)動作緊急事故停機。

為了解決機組測速裝置的干擾誤動問題，瀑布溝電站加強接地措施，確保機箱及電纜屏蔽層在機柜內(nèi)的可靠接地，以提高裝置的抗干擾性能。同時，測速裝置廠家對瀑布溝該裝置做如下改進(jìn)：

（1）電源改進(jìn)：取消裝置內(nèi)部交流供電元件，將交直流雙電源供電改為直流單電源供電，以提高裝置抗干擾能力，防止交流電源的波動引起裝置誤動作。

（2）程序修改：原轉(zhuǎn)速梯度保護(hù)設(shè)置值過大，沒起到保護(hù)作用。針對瀑布溝機組特點，對參數(shù)進(jìn)行專門修改優(yōu)化，并更換程序芯片。

3.4 瀑布溝水電站機組誤操作問題

為防止瀑布溝水電站機組運行過程當(dāng)中人為誤操作，瀑布溝電站對瀑站監(jiān)控系統(tǒng)已投運機組LCU單點開出圍帶充氣、加閘制動流程中增加了閉鎖條件，其邏輯關(guān)系如下：

圖1 圍帶充氣單點開出閉鎖邏輯

圖2 制動加閘單點開出閉鎖邏輯

并對瀑站已投運機組新增制動柜禁止加閘指示燈（紅色）、檢修密封加裝禁止充氣信號指示燈（紅色），以此進(jìn)一步提高機組可靠運行。

4 總結(jié)

通過對瀑布溝水電站機組運行可靠性的分析研究，對大型水電站的運行可靠性有著一定的參考意義。針對以上提出的幾個運行中常見的問題，分別進(jìn)行了分析并提出改進(jìn)建議，將機組可靠性的問題，落實到發(fā)現(xiàn)隱患，提出問題，分析原因，改進(jìn)措施的模式上來，為提高水輪機組可靠性探尋一條有效的保障途徑。

TV737

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1672-5387（2010）06-0021-03

2010-10-08

李葉（1986-），女，助理工程師，從事水電站運行維護(hù)工作。