王國清

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貫流式水輪發(fā)電機(jī)組自動化設(shè)計(jì)、安裝注意事項(xiàng)

王國清

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

本文針對貫流式水輪發(fā)電機(jī)組自動化控制系統(tǒng)在多個電站實(shí)際運(yùn)行存在的問題，提出了一些改進(jìn)措施及建議，希望能給從事貫流式水輪發(fā)電機(jī)組自動化控制系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)人員和安裝人員提供一些借鑒。

貫流式水輪發(fā)電機(jī)組；機(jī)組油系統(tǒng)；技術(shù)供水系統(tǒng)；氣系統(tǒng)

0 前言

近年來，隨著低水頭電站的不斷開發(fā)，貫流式水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)用越來越多，貫流式水輪發(fā)電機(jī)組水流暢直，水力效率較高，機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，但是由于貫流式水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)展時間較短，其制造，安裝，運(yùn)行，維護(hù)，檢修等方面的經(jīng)驗(yàn)尚存在很多不足，在機(jī)組設(shè)計(jì)、安裝和實(shí)際運(yùn)行中，有許多經(jīng)驗(yàn)需要總結(jié)。

1 機(jī)組油系統(tǒng)

1.1 機(jī)組油系統(tǒng)油質(zhì)需保證

軸承油系統(tǒng)油質(zhì)好壞將影響軸瓦的冷卻、潤滑效果，如果油質(zhì)變壞，將會引起軸瓦溫度升高，嚴(yán)重者將引起燒瓦。引起軸承油油質(zhì)變壞的因素有：（1）由于設(shè)計(jì)或安裝等原因?qū)е轮鬏S密封不良，密封處漏水將會進(jìn)入水導(dǎo)從而引起整個軸承油系統(tǒng)進(jìn)水。（2）潮濕空氣中的水分進(jìn)入油內(nèi)。（3）機(jī)組油冷卻器內(nèi)布置有冷卻水管，當(dāng)冷卻水管破裂時，水就進(jìn)入油內(nèi)。（4）設(shè)備油管路安裝時，未按規(guī)定進(jìn)行清洗。

調(diào)速器油系統(tǒng)油質(zhì)變差將會引起調(diào)速器各緊密元件發(fā)卡及銹蝕，進(jìn)而引起主配壓閥活塞和閥體磨損等嚴(yán)重問題。引起調(diào)速器油系統(tǒng)油質(zhì)變差因素有上述2、4項(xiàng)。

為解決上述問題應(yīng)采取以下措施：

（1）設(shè)備在進(jìn)行安裝時，應(yīng)用機(jī)組油系統(tǒng)中的油進(jìn)行清洗，清洗完后，這部分油要單獨(dú)儲存，清洗后暫時不安裝的設(shè)備要用塑料布將其孔洞包裹好。

（2）布置通風(fēng)設(shè)備，增大空氣流動，有利于將潮濕空氣帶走。

（3）在機(jī)組油系統(tǒng)各油箱呼吸器上布置干燥劑，這樣進(jìn)入油箱內(nèi)的空氣將被干燥，從而減少油箱內(nèi)油中水的含量。

（4）在軸承高、低位油箱及調(diào)速器系統(tǒng)中的回油箱、漏油箱上安裝油混水檢測裝置、測溫電阻、加熱器。1）建議測溫電阻采用可替換鎧裝內(nèi)芯的測溫電阻，因?yàn)榇藴y溫電阻溫度變送器采用分體式安裝，方便現(xiàn)場更換和接線。2）建議采用可換內(nèi)芯式電熱器，當(dāng)加熱電阻有問題時，不用排油，可方便更換。此外機(jī)組停機(jī)時應(yīng)投入加熱器，控制油溫在一恒定范圍內(nèi)，這是因?yàn)楫?dāng)機(jī)組停機(jī)后，油溫降低，油箱內(nèi)的熱空氣也隨之降溫，當(dāng)降到自身的露點(diǎn)溫度時，油箱內(nèi)水汽便開始結(jié)露，結(jié)露凝結(jié)的水就直接進(jìn)入油內(nèi)。

（5）真空濾油機(jī)布置在和漏油箱、軸承低位油箱同層，板框?yàn)V油機(jī)布置在和調(diào)速器回油箱同層，用真空濾油機(jī)定期對軸承低位油箱、漏油箱中的油進(jìn)行過濾，用板框?yàn)V油機(jī)定期對調(diào)速器回油箱、軸承高位油箱中的油進(jìn)行過濾。

1.2 油系統(tǒng)油位監(jiān)視、分析

在軸承高位油箱、軸承低位油箱、漏油箱、調(diào)速器回油箱、輪轂高位油箱安裝可靠的液位傳感器將油位信號通過模擬量分配器一路送至相應(yīng)控制柜，另一路傳至監(jiān)控，在機(jī)組停機(jī)，各油泵在停止?fàn)顟B(tài)，相應(yīng)閥門關(guān)閉后，再分別計(jì)算軸承高位油箱與軸承低位油箱體積之和，漏油箱、調(diào)速器回油箱、輪轂高位油箱三者體積之和，分別和前N次停機(jī)狀態(tài)下各自系統(tǒng)數(shù)據(jù)做比較（N的大小可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時間、停機(jī)時間長短來定，檢修機(jī)組除外），就可發(fā)現(xiàn)調(diào)速器油系統(tǒng)和軸承油系統(tǒng)是否存在跑油或進(jìn)水現(xiàn)象，分析部分可通過編制程序在監(jiān)控軟件里實(shí)現(xiàn)，要知道分析結(jié)果，只需要點(diǎn)動一下監(jiān)控顯示屏相應(yīng)軟按鈕即可得到想要的結(jié)果。此外為了得到更準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，需要對油箱油位變送器進(jìn)行零位和滿度校正。

1.3 潤滑油泵控制

潤滑油循環(huán)方式一般采用大循環(huán)方式，即潤滑油泵先將油打至軸承高位油箱，然后潤滑油靠自重從高位油箱流入各軸承，最后從各軸承回油管流至軸承回油箱。潤滑油泵一般設(shè)置兩臺，安裝在軸承低位油箱上。機(jī)組啟動時，建議一臺潤滑油泵一直啟動，這樣做的目的是避免潤滑油泵在短時間內(nèi)反復(fù)啟停而影響潤滑油泵壽命，另外在軸承高位油箱下限信號動作時啟動剩余一臺潤滑油泵，在油位升至高限時，停止其中一臺潤滑油泵，潤滑油泵輪換啟動依靠次數(shù)和時間來定，油位下限及兩臺泵運(yùn)行信號閉鎖時間輪換啟動程序段，這樣做的目的是：第一可以防止機(jī)組長時間運(yùn)行，一臺泵一直運(yùn)行，而另外一臺泵一直未啟動。第二可以防止軸承高位油箱油位下降過快而導(dǎo)致同臺泵在很短時間內(nèi)頻繁啟、停。第三防止在油位下限啟動泵，油位上限停止泵這段時間內(nèi)，依靠時間輪換泵這段程序段中時間定時器到達(dá)設(shè)定值后，仍輪換泵運(yùn)行。此外，安裝在進(jìn)油管路上的油流計(jì)，建議不作為啟動備用潤滑油泵的條件，只作為機(jī)組運(yùn)行當(dāng)中油流監(jiān)視、告警和機(jī)組啟機(jī)條件判斷用，這是因?yàn)榘惭b在進(jìn)油管路上的油流計(jì)測量油流信號不準(zhǔn)確，且易受到干擾。再之，在機(jī)組停機(jī)時，當(dāng)軸承高位油箱油位到達(dá)下限時，啟動潤滑油泵給軸承高位油箱打油，到高限停止，同時發(fā)軸承高位油箱油位低報(bào)警信號，這樣做可防止軸承油箱油位低情況下、油流計(jì)信號誤滿足開機(jī)條件而此時啟機(jī)。最后潤滑油泵啟、停建議采用通過觸摸屏控制字選擇開關(guān)量或模擬量或開關(guān)量和模擬量雙?？刂疲Ｇ闆r下選擇雙?？刂疲玳_關(guān)量或模擬量出現(xiàn)問題時，可暫時選擇相應(yīng)單一量控制。

1.4 高壓油頂起油泵控制

建議在泵出口水導(dǎo)和發(fā)導(dǎo)水平段油管路上安裝具有2組整定值及開關(guān)接點(diǎn)輸出的壓力開關(guān)各3塊，分別設(shè)置在機(jī)組啟動時，轉(zhuǎn)速由0到95%額定轉(zhuǎn)速之間的1組壓力定值，機(jī)組停機(jī)時轉(zhuǎn)速由額定降到0轉(zhuǎn)速和其它情況時導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速小于95%和大于1%額定轉(zhuǎn)速這一區(qū)間的一組壓力定值。

1.5 油系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì)

為了增加控制的可靠性，需將油泵和風(fēng)機(jī)手動控制回路與自動控制回路分開，即手動回路不經(jīng)PLC控制，而經(jīng)過相應(yīng)按鈕控制，控制回路配置雙線圈繼電器來控制油泵和風(fēng)機(jī)啟、停，雙線圈繼電器無需長時通電即可保持相應(yīng)接點(diǎn)接通，也可通過PLC軟件設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，使PLC發(fā)生故障時保持最后一次輸出不變，從而防止油泵或電機(jī)因PLC故障而停止，進(jìn)而導(dǎo)致燒瓦。建議將控制油泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)行的軟啟動器輔助接點(diǎn)通過繼電器擴(kuò)展，油泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號采用其擴(kuò)展的繼電器的接點(diǎn)并送至PLC，和導(dǎo)通相應(yīng)油泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈回路。

1.6 油流監(jiān)視

潤滑油流量監(jiān)測非常重要，直接影響機(jī)組安全運(yùn)行，目前各個電站采用的測量元件也不經(jīng)相同，但測量效果卻差異很大，綜合各個電站使用實(shí)際情況，建議采用質(zhì)量流量計(jì)或擋板式流量開關(guān)。

1.7 機(jī)組漏油箱、調(diào)速器回油箱油泵控制

機(jī)組漏油箱、調(diào)速器回油箱油泵控制建議采用統(tǒng)一集中控制柜，漏油泵、壓油泵啟、停仍采用通過觸摸屏控制字選擇開關(guān)量或模擬量或開關(guān)量和模擬量雙?？刂?，正常情況下選擇雙模控制，如開關(guān)量或模擬量出現(xiàn)問題時，可暫時選擇相應(yīng)單一量控制。

2 技術(shù)供水系統(tǒng)

技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般有兩種，一種是取水口取水，經(jīng)過濾水器過濾，然后經(jīng)水處理設(shè)備進(jìn)一步處理后，供給高位水箱，高位水箱再將水供給各冷卻水管和主軸密封用水，最后再將通過熱交換的水排至尾水。另外一種則是采取密閉循環(huán)。以上兩種方式無論采取哪種都要注意以下幾點(diǎn)：

（1）技術(shù)供水四通轉(zhuǎn)閥應(yīng)定期對其進(jìn)行切換，防止長時間未轉(zhuǎn)動，機(jī)構(gòu)卡死。

（2）冬季檢修時，應(yīng)將油冷卻器中水排干。

（3）為了方便監(jiān)視主軸密封漏水情況，建議在其干管水平段位置安裝電磁流量計(jì)。

3 氣系統(tǒng)

3.1 制動補(bǔ)氣系統(tǒng)

（1）制動系統(tǒng)包括制動器、空氣圍帶、電磁閥等一些測量元件組成。一般設(shè)計(jì)制動器投入、撤出依據(jù)安裝在不同位置的行程開關(guān)接點(diǎn)反映，但存在的問題有，如果行程開關(guān)接點(diǎn)動作、復(fù)歸死區(qū)稍大，再加之機(jī)組在剛投運(yùn)時，制動閘皮磨損較少，閘皮很厚，因此制動器由釋放到投入之間的距離較短，此時就會存在制動器投入或撤出時，投入與撤出信號都存在的現(xiàn)象。為解決上述問題，建議將反映制動器撤出的行程開關(guān)換成接近開關(guān)，接近開關(guān)要選擇耐震型的，此外接近開關(guān)安裝的位置和調(diào)整距離一定要準(zhǔn)確。還有判制動器投入、撤出信號建議為至少有一個制動器投入信號動作就判制動器投入，制動器撤出信號全部動作判制動器撤出，這樣設(shè)計(jì)第一可以防止個別制動信號未上來而影響停機(jī)，第二可防止制動器未全部撤出而誤開機(jī)。

（2）建議制動器在機(jī)組停機(jī)時投入，可防止導(dǎo)葉漏水，引起機(jī)組蠕動。

3.2 中、低壓氣系統(tǒng)

中、低壓空壓機(jī)現(xiàn)地控制單元需有遠(yuǎn)方、切除、就地控制方式，遠(yuǎn)方控制時，中、低壓空壓機(jī)采用統(tǒng)一的控制柜來進(jìn)行集中控制。此外中、低壓空壓機(jī)由于本身出氣管上裝有壓力變送控制器，供現(xiàn)地控制柜使用，而集中控制柜控制空壓機(jī)啟、停采用的是中、低壓管路上另一套壓力變送控制器，由于這兩套壓力變送控制器測量壓力信號有可能不一樣，就有可能導(dǎo)致空壓機(jī)不能正常工作，因此需要將空壓機(jī)本體控制柜啟動比遠(yuǎn)方集中控制柜啟動定值改的大些，停止的定值改小些。

4 結(jié)論

除上述需注意的一些問題外，還有很多地方值得我們?nèi)ヌ剿?、改進(jìn)和總結(jié)，希望從事貫流式水輪發(fā)電機(jī)組工作的設(shè)計(jì)人員和專家及有興趣研究這些問題的朋友們能不斷補(bǔ)充和完善相關(guān)話題。

Bulb Tubular Turbine-genarator Unit Automation Design and Installation Considerations

WANG Guoqing

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

This article put forward some improvement measures and suggestions, for automation and control systems of bulb tubular turbine-generator units existing problems in a number of hydropower plants, and hope to provide some reference for engaging in bulb tubular units automation and control system designers and installers.

bulb tubular turbine-generator unit; oil system of the unit; technical water supply system; air system

TK730.2

A

1000-3983(2014)02-0062-03

2013-02-25

王國清（1958-），1983年畢業(yè)于哈爾濱電工學(xué)院，一直從事水電站機(jī)組自動化設(shè)計(jì)工作，工程師。

審稿人：樸秀日