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        軸流轉(zhuǎn)漿式發(fā)電機甩負荷時抬機量過大原因分析及處理

        2011-03-14 00:22:12明,馬
        黑龍江電力 2011年2期
        關(guān)鍵詞:石龍蝸殼導(dǎo)葉

        牟 明,馬 冬

        (松江河發(fā)電廠,吉林撫松134500)

        松江河梯級電站位于吉林省東南部松花江上游支流松江河上,由小山電站、雙溝電站、石龍電站和松山引水工程組成,其中第二級的石龍電站裝有2臺單機容量為35 MW的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機組。電站廠房為引水式地面廠房,引水隧洞采用單機單洞引水方式,進水口設(shè)置快速工作門,無調(diào)壓井。

        1 抬機的經(jīng)過

        2010年6月18日,在2號機試運行期間,做了甩75%負荷試驗,由于抬機量過大和甩負荷時蝸殼末端壓力接近最大值,暫停了試驗。停機后檢查發(fā)現(xiàn),水輪機下導(dǎo)密封橡皮板磨出溝槽,發(fā)電機滑環(huán)處下排碳刷變形損壞。試驗相關(guān)數(shù)據(jù)實測值見表1。

        表1 甩負荷試驗相關(guān)數(shù)據(jù)實測值

        2 抬機原因分析

        水輪機組在甩負荷時,由于導(dǎo)葉的快速關(guān)閉,使進入水輪機的流量急劇減少,一方面引起蝸殼內(nèi)的水壓急劇上升;另一方面,原來在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水流在慣性力的作用下,繼續(xù)向尾水管出口流動,從而使機組的轉(zhuǎn)速升高;機組轉(zhuǎn)速的升高又促使轉(zhuǎn)輪的過流量增大,使轉(zhuǎn)輪室內(nèi)出現(xiàn)真空;此時,如向轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的補氣量不足,尾水中的水流又會向轉(zhuǎn)輪室內(nèi)倒流而形成反水錘。石龍電站2號機調(diào)速器緊急關(guān)閉方式為一段控制,導(dǎo)葉關(guān)閉時間較短,因此,機組的轉(zhuǎn)動部分可能在反水錘的作用下被抬起。另外,石龍電站的尾水吸出高度比較大(吸出高度為-9.3 m),在導(dǎo)葉關(guān)閉切斷上游來水后,轉(zhuǎn)輪室仍充滿水,所以,機組轉(zhuǎn)動部分的慣性使轉(zhuǎn)輪仍旋轉(zhuǎn),將水流向下推動,同時產(chǎn)生向上軸向水推力。在兩者的共同作用下,造成了此次75%甩負荷試驗,機組抬機量過大和甩負荷時蝸殼末端壓力接近最大值,從而中斷了甩負荷試驗的繼續(xù)進行。

        3 處理方法

        針對以上分析,采用以下措施防止機組抬機:

        a.對真空破壞閥直徑重新校核、彈簧力調(diào)整(真空破壞閥動作值由3 kPa改為2 kPa),使其在密封良好的狀態(tài)下,機組發(fā)生甩負荷時,能快速向轉(zhuǎn)輪室補足空氣。

        b.在2號機導(dǎo)葉接力器開腔總管上的適當位置,加裝一個電氣分段關(guān)閉裝置。分段關(guān)閉裝置動作的電磁閥需直流220 V供電,采用2根2×1 mm2電纜,可不經(jīng)水機端子箱,直接接入電站直流220 V電源系統(tǒng)。控制條件需先根據(jù)調(diào)節(jié)保證計算優(yōu)化后的關(guān)閉規(guī)律,在主令控制變送器上取出一對導(dǎo)葉開度35%位置開關(guān)量信號作為拐點信號,將其接線引至監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)在收到拐點信號的同時,發(fā)出分段關(guān)閉指令,并控制分段關(guān)閉裝置的電磁閥動作;機組關(guān)閉后,再發(fā)出電磁閥復(fù)歸信號使之復(fù)歸。導(dǎo)葉一段關(guān)閉時間為5.5 s,這樣,既可以降低水輪機轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的真空值,又降低了在導(dǎo)葉關(guān)至最小開度時的機組轉(zhuǎn)速,從而達到減少機組在甩負荷后所出現(xiàn)的反向軸向力的目的。第一段采用快速關(guān)閉導(dǎo)葉,使機組轉(zhuǎn)速在上升至最大值前,降低轉(zhuǎn)速上升值;第二段則采用節(jié)流方式,緩慢關(guān)閉導(dǎo)葉。

        4 調(diào)節(jié)保證計算

        由于導(dǎo)葉采取兩段關(guān)閉,改變了導(dǎo)葉關(guān)閉時間,所以調(diào)節(jié)保證計算必須滿足設(shè)計要求。石龍電站機組兩段關(guān)閉經(jīng)充分論證,將一段關(guān)閉的12 s,改為兩段關(guān)閉:第一段5.5 s,第二段34 s,拐點為全關(guān)量的35%;槳葉一段關(guān)閉,時間為60 s。

        4.1 調(diào)節(jié)保證計算工況

        用優(yōu)化后的關(guān)閉規(guī)律對3種工況進行保證計算,見表2。

        表23 種工況參數(shù)

        4.2 計算基本數(shù)據(jù)

        設(shè)計引用流量:123.6 m3/s

        最大水頭:37.9 m

        最小水頭:31.4 m

        額定水頭:31.9 m

        水輪機型號:ZZ550-LH-380

        額定轉(zhuǎn)速:200 r/min

        飛逸轉(zhuǎn)速:454 r/min

        吸出高度:-9.3 m

        發(fā)電機GD2:≥2200 t·m2

        蝸殼中心高程:435.27 m

        4.3 計算方法

        該電站水力過渡過程的仿真計算,采用基于有壓管道的連續(xù)方程和運動方程的特征線法求解。以上、下游水位、模型綜合特性曲線為邊界條件,水輪機甩負荷前為初始條件進行迭代計算,最終求得管路每一節(jié)點的壓頭和流量隨時間的變化規(guī)律。

        動態(tài)方程:

        連續(xù)方程:

        計算時將管路系統(tǒng)簡化,如圖1所示。簡化的管路數(shù)據(jù)見表3。

        表3 簡化的管路數(shù)據(jù)

        4.4 計算結(jié)果

        通過上述計算,其結(jié)果見表4。

        圖1 管路系統(tǒng)簡化圖

        表4 各工況計算結(jié)果

        從表4計算數(shù)據(jù)分析,因?qū)?dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的優(yōu)化和真空破壞閥動作值的調(diào)整,石龍電站2號機組調(diào)節(jié)保證計算結(jié)果基本滿足了合同要求的調(diào)節(jié)保證值。

        5 設(shè)備改造后試驗

        2010年7月12日改造完成后,重新對2號機進行了甩負荷試驗,試驗數(shù)值見表5。

        表5 改造后甩負荷試驗相關(guān)數(shù)據(jù)實測值

        6 結(jié)束語

        通過改造前后試驗數(shù)據(jù)對比可知,此次改造完全解決了2號機抬機量過大的問題,并為今后預(yù)防與解決類似問題積累了經(jīng)驗。

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