牟玉雷
摘 要:水輪發(fā)電機組高轉(zhuǎn)速運行中制動在水電廠時有發(fā)生,文章從設備、工作環(huán)境、作業(yè)人員三方面分析了造成水輪發(fā)電機組高轉(zhuǎn)速制動的原因,提出了防范措施,并介紹了我廠在這方面所做的工作。
關鍵詞:高轉(zhuǎn)速;制動;原因;對策
1 概述
運轉(zhuǎn)中的水輪發(fā)電機組具有很大的動能,即E=Jω2/2(J為機組轉(zhuǎn)動部分的慣性矩,ω為機組的轉(zhuǎn)動角速度)。在機組解列停機過程中,水輪機的導葉關閉之后機組的動能僅消耗在發(fā)電機轉(zhuǎn)子與空氣的摩擦力矩、軸承的摩擦力矩、水輪機與水的摩擦力矩之上,機組轉(zhuǎn)速由額定降為零的時間較長。為了縮短機組在停機過程中的低速運轉(zhuǎn)時間,防止推力軸承發(fā)生半干摩擦和干摩擦,以至燒毀推力瓦,水輪發(fā)電機組通常安裝有一套強迫制動裝置一制動風閘。制動風閘既用于停機制動,又用于機組頂轉(zhuǎn)子用。制動時通入電廠低壓氣(我國制動用氣工作壓力允許范圍為表壓0.5-0.7MPa),頂轉(zhuǎn)子時通入高壓油。
典型的制動管路如圖1。
制動干管與低壓氣相連接,采用自動制動運行時管路閥門的狀態(tài)如圖1中所示,停機過程中,當機組轉(zhuǎn)速降到設定的制動轉(zhuǎn)速時,電磁空氣閥勵磁,低壓氣經(jīng)過三通閥進入風閘,頂起風閘進行制動。當需要進行頂轉(zhuǎn)子操作時,將三通閥切至頂轉(zhuǎn)子干管側,啟動油泵,將高壓油泵入風閘頂起轉(zhuǎn)子。投入強迫制動的時間一般要求是在機組轉(zhuǎn)速下降到30%以后。因為轉(zhuǎn)速從額定下降到30%的速度較快,而且推力瓦和鏡板之間的相對速度較快,不會形成干摩擦。
2 水輪發(fā)電機組高轉(zhuǎn)速制動的危害
如機組的轉(zhuǎn)速較高時投入制動風閘,將造成以下不良后果:
(1)風閘投入時受到的沖擊力大大增加,摩擦時產(chǎn)生的高溫使制動環(huán)變形、龜裂,進而可能發(fā)展為疲勞斷裂,危及安全運行;易造成風閘損害,發(fā)卡、變形從而造成正常制動時風閘不能頂起,制動完成以后不能復位,增加運行維護的工作量,情況惡劣時甚至造成制動閘塊飛出,損壞發(fā)電機的定子繞組;(2)摩擦產(chǎn)生大量的粉塵,粉塵與風洞里的水蒸氣、油霧混合,附著于發(fā)電機繞組表面使發(fā)電機的絕緣下降,并堵塞通風溝、降低冷卻效果,使發(fā)電機的溫度升高;(3)制動閘塊磨損快,縮短了維護周期。某電站就曾發(fā)生閘塊磨損后未能及時更換,制動環(huán)與風閘金屬部分直接摩擦損壞制動環(huán)的事故;然而,由于種種原因,機組在高轉(zhuǎn)速下制動的事件在水電廠還是屢見不鮮,是常見的水機誤操作事故之一。
3 常見的高轉(zhuǎn)速制動的原因
筆者在多年的運行實踐中耳聞目睹了多起高轉(zhuǎn)速制動事件,大致可以分為:
3.1 測速裝置故障
由于制動系統(tǒng)在自動運行時,停機過程中是靠機組轉(zhuǎn)速信號啟動動作的,因此測速裝置故障造成的高轉(zhuǎn)速制動較為常見。
某水電廠1機組在安裝完畢后進行調(diào)速器空載擾動試驗時(調(diào)速器采用獨立的齒盤測頻),由于調(diào)速器大幅度抽動,造成壓油裝置事故低油壓,機組事故停機。當時監(jiān)控用測速裝置采用殘壓測頻,而該機處于試驗狀態(tài),電壓互感器隔離開關在拉開位置,沒有殘壓信號上送,監(jiān)控裝置在判斷機組有停機令(事故停機)、導葉全關(事故停機電磁閥動作),轉(zhuǎn)速小于15%ne后自動將風閘投人,當時機組實際轉(zhuǎn)速為96%ne。
某電廠機組在運行中發(fā)生永磁機斷軸,值班員手動啟動緊急停機,未考慮到永磁機斷軸后,轉(zhuǎn)速已低于轉(zhuǎn)速繼電器動作值,水機自動回路在檢測到停機令后,自動投入制動風閘,造成高轉(zhuǎn)速制動。
3.2 三通閥內(nèi)漏
閥門內(nèi)漏是機組在運行中發(fā)生風閘頂起的又一大原因。這種缺陷具有很大的隱蔽性,在操作前無法提前知道。
由于頂轉(zhuǎn)子的油壓通常高達數(shù)米甚至更高,在頂轉(zhuǎn)子操作時,運行機組的三通閥即使只有很小的內(nèi)漏,高壓油也會串入將風閘頂起。某水電廠就曾發(fā)生過在對檢修機組進行頂轉(zhuǎn)子操作時,由于運行機組的頂轉(zhuǎn)子給油閥漏油而將運行中機組的風閘頂起,造成機組強迫停運。
3.3 運行人員誤操作
由于操作過程中失去監(jiān)護,操作人員責任心差造成誤操作是高轉(zhuǎn)速制動的又一大原因。目前電廠廣泛使用的測速裝置都具有頻率顯示、相對轉(zhuǎn)速顯示方式(% ne)。在頻率顯示方式下測速裝置顯示的是機組頻率,在對轉(zhuǎn)速顯示下,顯示的是機組轉(zhuǎn)速對應于額定轉(zhuǎn)速的百分比。值班員將頻率顯示為25Hz誤認為是轉(zhuǎn)速已降至25% ne。手動投入風閘,實際上此時機組的轉(zhuǎn)速為50% ne。
操作中走錯間隔,誤投運行機組風閘或是操作中誤動閥門也是造成高轉(zhuǎn)速制動的常見原因。
造成誤操作的原因很多,從人的方面來看和員工的責任心、技術能力有關;從工作環(huán)境來看,和現(xiàn)場的目視化管理不到位,設備標示不清有關,運行人員憑記憶、憑經(jīng)驗操作而造成誤操作。
3.4 運行人員冒險制動
某站在停機過程中,因?qū)~漏水大,機組轉(zhuǎn)速在60% ne處下降速度極慢,運行人員在關閉球閥的過程中,又發(fā)生電磁閥發(fā)卡,球閥不能關閉,當即冒險投人風閘,強行制動。
3.5 運行方式安排不當
為了防止機組在運行中風閘被頂起,運行中要求風閘的下腔必須與大氣相連通。在圖1中,采用手動制動運行方式時,保持314閥常開保證風閘下腔與大氣相連;自動制動運行時,應保證312閥常開,風閘下腔通過312閥,經(jīng)未勵磁的電磁空氣閥與大氣相連。
某站機組運行中,運行人員為防止電磁空氣閥誤動作,將自動制動給氣閥312關閉,而手動排氣閥314未開啟,混淆了“手動”、“自動”兩種運行狀態(tài),結果造成風閘在運行中被手動制動給氣閥313的漏氣所頂起。
4 防止高轉(zhuǎn)速制動的對策
以上幾種常見的高轉(zhuǎn)速剎車現(xiàn)象,電站采取了相應的對策。
(1)針對測速裝置故障誤投風閘,電站在轉(zhuǎn)速控制上,普遍采用兩種不同測速原理的測速裝置以“與”的方式出口,即只有當兩種不同測頻原理的測速裝置共同認為機組達到了制動轉(zhuǎn)速后,才投入電磁空氣閥。某些水電廠在電磁空氣閥前端加裝了氣源閥,氣源閥的動作仍由監(jiān)控開出控制,其動作轉(zhuǎn)速比投制動電磁轉(zhuǎn)速高10%,有效的防止了因監(jiān)控誤開出造成的高轉(zhuǎn)速制動以及制動電磁閥關閉不嚴造成漏氣。在頂轉(zhuǎn)子干管和機組的三通閥之間加裝了常閉截止閥,頂轉(zhuǎn)子操作時,只開啟被頂機組的的常閉截止閥,防止了因三通閥內(nèi)漏頂起其它機組的事故。
(2)為防止二通閥內(nèi)漏誤頂轉(zhuǎn)子的事故,在新建電廠中,頂轉(zhuǎn)子已不再采用集中供油方式,而采用移動式油泵與機組頂轉(zhuǎn)子油路活接頭連接的方式。在這種供油方式下,保證了每次頂轉(zhuǎn)子操作只能對一臺機組進行。而新建電廠寬敞的廠房也為油泵的移動提供了足夠的空間。
這種供油方式雖然操作的時候復雜一些,但是更加的安全,而且移動式油泵隨時可以用作他用,考慮到機組頂轉(zhuǎn)子的操作頻率較小,所以不失為一種較好的選擇。
(3)針對高速制動事故中人的因素如誤操作、冒險操作等,要加強技術培訓,讓員工認識到高速制動的危害性,在作業(yè)現(xiàn)場做好設備雙重名稱以及操作方向的操作提示。在從事簡單重復的工作時,人比機器更容易犯錯誤。所以在程序工作中,采用自動控制,減少人的參與無疑對安全生產(chǎn)有利。