吳慶華

（湖南水利水電工程監(jiān)理承包總公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

1 電站概況及7#機(jī)組主要參數(shù)

1.1 電站概況

峽江水利樞紐工程位于贛江中游，距省會(huì)南昌市約160 km，距吉安市約50 km，距峽江縣巴邱鎮(zhèn)約6km，是一座以防洪、發(fā)電、航運(yùn)為主，兼顧灌溉等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。壩址控制流域面積6.27萬km2，多年平均流量 1640 m3/s；水庫(kù)正常蓄水位 46.00 m（黃海高程，下同），死水位 44.00 m，防洪高水位 49.00 m；水庫(kù)防洪庫(kù)容 6.00 億 m3，總庫(kù)容 11.87 億 m3。

1.2 7#機(jī)組主要參數(shù)

電站安裝9臺(tái)40MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，其中7#機(jī)組為東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司（以下簡(jiǎn)稱東電）生產(chǎn)，水輪機(jī)型號(hào) GZ（982）-WP-770，轉(zhuǎn)輪直徑 7.7m，最大水頭 14.39 m，額定水頭 8.6 m，最小水頭 4.0 m，額定流量 528 m3/s，額定出力 41 MW，額定轉(zhuǎn)速 71.4 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速 210 r/min（非協(xié)聯(lián)工況）。 發(fā)電機(jī)型號(hào)SFWG40-84/8700，額定功率40 MW，額定電壓13.8 kV，額定電流 1859.4 A，功率因素 0.9。

2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配及導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律簡(jiǎn)介

2.1 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配組成

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配主要由內(nèi)環(huán)、外環(huán)、導(dǎo)葉及導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)等組成，16塊導(dǎo)葉呈空間錐形布置，導(dǎo)葉軸線與主軸中心線夾角為60°。導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)主要由拐臂、連桿、控制環(huán)、接力器等組成，接力器為直缸搖擺式接力器，缸徑430 mm，桿徑 250 mm，全行程 1945 mm，工作行程1929.32 mm（導(dǎo)葉從全關(guān)到全開時(shí)對(duì)應(yīng)的接力器行程），工作壓力 6.3 MPa。

2.2 彈簧連桿設(shè)置及其目的

為了保證導(dǎo)葉及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在導(dǎo)葉間有異物卡阻時(shí)的安全，以及為了避免采用剪斷銷而當(dāng)其被剪斷時(shí)必須停機(jī)重新更換剪斷銷，東電導(dǎo)水機(jī)構(gòu)采用彈簧連桿與普通連桿間隔布置方式，取消了剪斷銷。在正常情況下彈簧連桿起普通連桿的作用，當(dāng)導(dǎo)葉在運(yùn)動(dòng)中有異物卡阻時(shí)，彈簧連桿的彈簧受力超過設(shè)定值時(shí)將產(chǎn)生位移而使彈簧連桿發(fā)生折曲并發(fā)出信號(hào)，導(dǎo)葉不再繼續(xù)運(yùn)動(dòng)且仍被連桿拉住，這樣既保護(hù)導(dǎo)葉不受損害也避免了導(dǎo)葉失控。如果全部采用普通連桿則需配置剪斷銷，剪斷銷既受剪切作用還受扭矩作用，容易疲勞斷裂使連桿脫落而致導(dǎo)葉失控，引起相鄰剪斷銷斷裂，從而引發(fā)多個(gè)導(dǎo)葉失控，危及機(jī)組運(yùn)行安全。彈簧連桿結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

2.3 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律

根據(jù)廠家設(shè)計(jì)對(duì)水輪機(jī)過渡過程計(jì)算結(jié)果，導(dǎo)葉分兩段關(guān)閉，關(guān)閉拐點(diǎn)20%，一段關(guān)閉時(shí)間8 s，二段關(guān)閉時(shí)間7 s，導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律如圖2。

圖1 彈簧連桿結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律

3 彈簧連桿動(dòng)作簡(jiǎn)介及原因分析

3.1 彈簧連桿動(dòng)作簡(jiǎn)介

7#機(jī)組相繼完成了充水試驗(yàn)、首次手動(dòng)開機(jī)試驗(yàn)、調(diào)速器空載擾動(dòng)試驗(yàn)、手動(dòng)停機(jī)試驗(yàn)、自動(dòng)開機(jī)試驗(yàn)、自動(dòng)停機(jī)試驗(yàn)、模擬事故停機(jī)試驗(yàn)以及過速試驗(yàn)后，測(cè)得發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子絕緣偏低，分析絕緣降低的原因系發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間泡在流道內(nèi)受潮引起，須在7#機(jī)組升流、升壓試驗(yàn)前進(jìn)行短路干燥。 2014年4月2日21∶30手動(dòng)開機(jī)，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路干燥，經(jīng)過33小時(shí)的短路干燥后測(cè)得絕緣合格，于2014年4月4日8∶30自動(dòng)停機(jī)，除4#彈簧連桿外（對(duì)應(yīng)8#導(dǎo)葉），其余7個(gè)彈簧連桿均發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)。

3.2 原因分析

3.2.1 初步檢查和判斷

根據(jù)7#機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)彈簧連桿的結(jié)構(gòu)和同類型電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，發(fā)生“彈簧連桿動(dòng)作”的原因主要有：

（1）微動(dòng)開關(guān)安裝調(diào)整不到位而誤發(fā)信號(hào)；

（2）導(dǎo)葉在運(yùn)動(dòng)過程中有異物卡入使得彈簧連桿動(dòng)作；

（3）控制環(huán)關(guān)過頭使得彈簧連桿動(dòng)作；

（4）關(guān)閉速度過快使得彈簧連桿動(dòng)作。

“彈簧連桿動(dòng)作”信號(hào)發(fā)出后，技術(shù)人員立即下到水輪機(jī)巡視檢修平臺(tái)對(duì)彈簧連桿逐個(gè)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)連桿確已發(fā)生少許折曲，使得正常時(shí)處于受壓狀態(tài)的微動(dòng)開關(guān)已完全釋放呈自由狀態(tài)，其常閉觸點(diǎn)接通發(fā)出“動(dòng)作信號(hào)”，并非微動(dòng)開關(guān)安裝調(diào)整不到位而誤發(fā)信號(hào)。貼近導(dǎo)水機(jī)構(gòu)外環(huán)和轉(zhuǎn)輪室沒有聽見明顯的水流聲，檢查此時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速已經(jīng)為零，機(jī)組蠕動(dòng)裝置沒有發(fā)出蠕動(dòng)信號(hào)。由于如此多的導(dǎo)葉同時(shí)被異物卡入的概率極小，并根據(jù)上述檢查結(jié)果可以判斷導(dǎo)葉已經(jīng)處在全關(guān)位置，彈簧連桿動(dòng)作并非因?yàn)楫愇锟ㄈ胍稹?/p>

3.2.2 控制環(huán)檢查和判斷

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配出廠前，在廠內(nèi)進(jìn)行了預(yù)裝試驗(yàn)，并在外環(huán)法蘭面和控制環(huán)上做了全關(guān)、50%開度和全開等特征標(biāo)識(shí)線。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)控制環(huán)上標(biāo)識(shí)線已超出外環(huán)法蘭面全關(guān)標(biāo)識(shí)線約15 mm，說明控制環(huán)已關(guān)過頭。即：導(dǎo)葉到了全關(guān)位置時(shí)，由于相鄰兩塊導(dǎo)葉之間相互搭接使得導(dǎo)葉不再運(yùn)動(dòng)；但在快速關(guān)閉過程中的慣性作用下，接力器帶動(dòng)控制環(huán)繼續(xù)往關(guān)的方向運(yùn)動(dòng)，致使彈簧連桿發(fā)生折曲，控制環(huán)關(guān)過頭的量最終反映在彈簧連桿的折曲程度上。

控制環(huán)關(guān)過頭的主要原因是接力器的壓緊行程過大。檢查7#機(jī)組接力器安裝記錄，接力器在安裝間進(jìn)行壓力試驗(yàn)和動(dòng)作試驗(yàn)時(shí)，測(cè)得左接力（面向上游看）行程為1943 mm，右接力器行程為1945 mm；由于廠家圖紙對(duì)接力器行程標(biāo)注為：S＝1945 mm（含15 mm壓緊行程），因此安裝單位就按廠家圖紙對(duì)左右兩個(gè)接力器的壓緊行程按15 mm進(jìn)行調(diào)整；根據(jù)《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》（GB8568-2003）并參照同類型電站的安裝經(jīng)驗(yàn)，接力器壓緊行程調(diào)整到6 mm左右為宜，而7#機(jī)接力器壓緊行程調(diào)整到15 mm，明顯偏大。

3.2.3 導(dǎo)葉關(guān)閉情況分析

7#機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉按東電廠家提供的關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，最終的調(diào)試結(jié)果為：導(dǎo)葉關(guān)閉拐點(diǎn)20%，一段關(guān)閉時(shí)間 8.5 s，二段關(guān)閉時(shí)間 7.5 s，基本符合東電廠家設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律詳見濾波圖3。

圖3 濾波圖

由于調(diào)速器程序設(shè)定分段閥投入的條件為：〈20%（即拐點(diǎn)）導(dǎo)葉開度；復(fù)歸條件為：〈1%導(dǎo)葉開度或〉20%導(dǎo)葉開度。因此機(jī)組停機(jī)時(shí)，導(dǎo)葉的關(guān)閉規(guī)律有以下3種情況：

（1）機(jī)組在〉20%導(dǎo)葉開度下運(yùn)行：導(dǎo)葉按兩段關(guān)閉規(guī)律動(dòng)作，即：〉20%導(dǎo)葉開度按一段關(guān)閉，〈20%導(dǎo)葉開度按二段關(guān)閉。

（2）機(jī)組自動(dòng)開機(jī)后在〈20%導(dǎo)葉開度下運(yùn)行：由于機(jī)組自動(dòng)開機(jī)時(shí)，為了讓機(jī)組盡快轉(zhuǎn)動(dòng)起來達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，調(diào)速器程序設(shè)定的啟動(dòng)開度為1.5倍的空載開度，7#機(jī)組調(diào)試各水頭下的空載開度如表1。

表1 7#機(jī)組各水頭下的空載開度

從表1可以看出，各水頭下的啟動(dòng)開度均大于拐點(diǎn)20%開度，在導(dǎo)葉開度往回壓的過程中分段閥即投入，因此導(dǎo)葉按二段關(guān)閉。

（3）機(jī)組手動(dòng)開機(jī)后在〈20%導(dǎo)葉開度下運(yùn)行：由于在上一次停機(jī)過程中〈1%導(dǎo)葉開度時(shí)分段閥已復(fù)歸，此時(shí)沒有投入分段電磁閥的條件，因此導(dǎo)葉按一段快速關(guān)閉。

2014年4月2日21∶30手動(dòng)開機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路干燥，導(dǎo)葉空載開度為18%，4月4日8∶30停機(jī)就屬上述第三種情況，導(dǎo)葉在小開度情況下按一段快速關(guān)閉。由于燈泡貫流式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)成錐形布置，導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作空間運(yùn)動(dòng)，受力情況比較復(fù)雜，如關(guān)閉速度過快將導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作不平穩(wěn)、受沖擊力較大、各部件動(dòng)作不能保證完全同步，迫使彈簧連桿發(fā)生折曲。

4 處理過程及效果

根據(jù)上述原因分析，此次停機(jī)發(fā)出“彈簧連桿動(dòng)作”信號(hào)，系接力器壓緊行程偏大和（或）導(dǎo)葉關(guān)閉速度過快導(dǎo)致彈簧連桿發(fā)生折曲，因此重點(diǎn)針對(duì)該兩方面進(jìn)行調(diào)整處理。

4.1 減小接力器壓緊行程

4.1.1 壓緊行程調(diào)整方案

由于此時(shí)接力器的基礎(chǔ)板和地腳螺栓已埋入混凝土，因此無法通過調(diào)整基礎(chǔ)板的安裝高程來調(diào)整接力器的壓緊行程；峽江東電接力器和峽江阿爾斯通接力器不同，在接力器底座和基礎(chǔ)板之間沒有設(shè)計(jì)調(diào)整板，因此也不能通過改變調(diào)整板的厚度來調(diào)整接力器的壓緊行程。在現(xiàn)有條件下，只能通過改變桿頭旋入活塞桿的程度來調(diào)整7#機(jī)組導(dǎo)葉接力器的壓緊行程，接力器結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。

由于桿頭螺紋為M150×6，只能通過旋轉(zhuǎn)桿頭一圈或二圈來減小壓緊行程6 mm或12 mm，考慮到旋轉(zhuǎn)桿頭二圈減小12 mm后壓緊行程僅有3 mm，因此采用旋轉(zhuǎn)桿頭一圈減小6 mm的方案。即左接力器（面向上游側(cè)）需增長(zhǎng)、桿頭上旋一圈360°，右接力器需縮短、桿頭下旋一圈360°。

圖4 接力器結(jié)構(gòu)示意圖

4.1.2 壓緊行程調(diào)整步驟

（1）落下尾水事故檢修閘門，投入風(fēng)閘，投入轉(zhuǎn)子鎖定裝置，做好防止機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的措施。

（2）關(guān)閉調(diào)速器主供油閥。

（3）先打開接力器開腔排油管小閥門，對(duì)接力器開腔進(jìn)行泄壓排油；再打開接力器關(guān)腔排油管小閥門，對(duì)接力器關(guān)腔進(jìn)行泄壓排油。

（4）利用廠內(nèi)橋機(jī)在重錘側(cè)將控制環(huán)掛好，并稍稍受力。

（5）確定接力器開關(guān)腔均無壓后，橋機(jī)緩慢起鉤打開控制環(huán)，此時(shí)密切監(jiān)視機(jī)組是否會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如有轉(zhuǎn)動(dòng)橋機(jī)要馬上松鉤，通過落進(jìn)水檢修閘門、排干流道再進(jìn)行處理。由于尾水事故檢修閘門的止水效果良好，此次沒有監(jiān)視到機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)情況，故橋機(jī)繼續(xù)起鉤緩慢將導(dǎo)葉打開50%開度左右。

（6）利用手拉葫蘆將接力器缸吊住，防止拆卸銷軸時(shí)接力器傾倒。

（7）拆除接力器與控制環(huán)連接銷軸的蓋板，并退出銷軸。

（8）銷軸退出后向下松動(dòng)手拉葫蘆，直至接力器桿頭完全脫離控制環(huán)并可以自由旋轉(zhuǎn)。

（9）松開桿頭鎖緊螺母，將左接力器桿頭上旋一圈360°，右接力器桿頭下旋一圈360°。

（10）向上拉緊手拉葫蘆，調(diào)整接力器桿頭對(duì)準(zhǔn)控制環(huán)耳孔，回裝連接銷軸以及銷軸蓋板，然后將鎖緊螺母背緊。

（11）撤除手拉葫蘆，橋機(jī)緩慢松鉤，將接力器恢復(fù)至全關(guān)狀態(tài)。

（12）關(guān)閉接力器開關(guān)腔排油管小閥門，打開調(diào)速器主供油閥。

（13）拆除轉(zhuǎn)子鎖定裝置。

（14）提起尾水閘門。

（15）恢復(fù)其它所有措施。

4.2 增加分段閥投入條件

為避免機(jī)組在空載狀態(tài)下運(yùn)行（此時(shí)導(dǎo)葉開度往往小于拐點(diǎn)開度），機(jī)組自動(dòng)停機(jī)或事故停機(jī)時(shí)，導(dǎo)葉按一段快速關(guān)閉引發(fā)彈簧連桿動(dòng)作等事件，7#機(jī)組增加了〉1%導(dǎo)葉開度投入分段閥的條件。即分段閥投入條件改為：〈20%導(dǎo)葉開度或〉1%導(dǎo)葉開度；復(fù)歸條件仍為：〈1%導(dǎo)葉開度或〉20%導(dǎo)葉開度。由此一來，不管機(jī)組在什么狀態(tài)下運(yùn)行、導(dǎo)葉開度多大，只要在拐點(diǎn)以上，導(dǎo)葉即按一段規(guī)律關(guān)閉；只要在拐點(diǎn)以下，導(dǎo)葉即按二段規(guī)律關(guān)閉。

4.3 處理效果

處理完成后，在靜水狀態(tài)和動(dòng)水狀態(tài)均作了導(dǎo)葉關(guān)閉試驗(yàn)；機(jī)組投產(chǎn)后開停機(jī)操作較頻繁，也經(jīng)歷了多次因自動(dòng)化元件工作不可靠引起的事故停機(jī)，彈簧連桿均未發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。由此說明，此次處理達(dá)到了預(yù)期的效果。

（1）2014年4月5日尾水閘門提起前，將導(dǎo)葉打開至100%開度，靜水狀態(tài)下關(guān)閉導(dǎo)葉至全關(guān)，彈簧連桿未發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

（2）2014年4月5日尾水閘門提起前，將導(dǎo)葉打開至18%開度，靜水狀態(tài)下關(guān)閉導(dǎo)葉至全關(guān)，彈簧連桿未發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

（3）2014年4月5日尾水閘門提起后，手動(dòng)開機(jī)至機(jī)組空載狀態(tài)運(yùn)行，導(dǎo)葉開度17.5%，發(fā)停機(jī)令至機(jī)組停機(jī)，彈簧連桿未發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

（4）2014年4月6日機(jī)組并網(wǎng)后帶負(fù)荷運(yùn)行，模擬事故停機(jī)，彈簧連桿未發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

（5）2014年 4月 6日 7#機(jī)組進(jìn)入 72 h試運(yùn)行至今，已發(fā)生過多起因風(fēng)機(jī)全停、水導(dǎo)軸承潤(rùn)滑油中斷等原因引起的事故停機(jī)，彈簧連桿均未發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

5 經(jīng)驗(yàn)或建議

（1）大型貫流式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)加工尺寸大，且各個(gè)零部件呈空間連接狀態(tài)，為確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量和進(jìn)度，須進(jìn)行廠內(nèi)預(yù)裝；廠內(nèi)預(yù)裝完成后應(yīng)盡可能多地打上定位標(biāo)識(shí)線，如內(nèi)外環(huán)法蘭面±X線、±Y線，控制環(huán)與外環(huán)法蘭上和拐臂與套筒上的全關(guān)、全開、50%開度以及其它特征開度線。

（2）接力器基礎(chǔ)板和地腳螺栓最好不要進(jìn)行一期預(yù)埋，而是在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝調(diào)整完畢將導(dǎo)葉調(diào)到全關(guān)位置時(shí)，連同接力器一起配裝。壓緊行程調(diào)整好后須將活塞桿固定住，確?；钊麠U與接力器缸之間無相對(duì)滑動(dòng)。這種安裝方式既不需調(diào)整基礎(chǔ)板的安裝高程，又可確保壓緊行程直接反映在導(dǎo)葉全關(guān)位置上而不會(huì)產(chǎn)生安裝誤差。

（3）“彈簧連桿動(dòng)作”一般發(fā)生在機(jī)組停機(jī)過程中，動(dòng)作信號(hào)一旦發(fā)出，一定要對(duì)彈簧連桿逐個(gè)進(jìn)行檢查，以判斷彈簧連桿是否動(dòng)作，動(dòng)作后折曲程度有多大，同時(shí)檢查導(dǎo)葉是否關(guān)閉，機(jī)組是否停止轉(zhuǎn)動(dòng)；如果導(dǎo)葉沒有全關(guān)、機(jī)組仍在轉(zhuǎn)動(dòng)，必須檢查機(jī)組軸承潤(rùn)滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、主軸密封供水系統(tǒng)以及高壓油頂起系統(tǒng)，確保其在投入狀態(tài)，并立即組織落尾水閘門。

[1］GB8568-2003水輪發(fā)電機(jī)安裝技術(shù)規(guī)范[S］.