張偉　楊應(yīng)武

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球氣候變暖及能源枯竭問(wèn)題備受人們關(guān)注。清潔能源尤其是水電機(jī)組的發(fā)展能夠解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境之間的矛盾，球閥動(dòng)水實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)球閥評(píng)價(jià)及相關(guān)設(shè)備安全穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐表明，采用不同負(fù)荷來(lái)對(duì)水電機(jī)組進(jìn)行事故模擬，在水機(jī)構(gòu)無(wú)法關(guān)閉的情形下，檢驗(yàn)球閥在動(dòng)水中關(guān)閉的能力大小，并對(duì)球閥的形變量及破壞程度進(jìn)行研究。本文首先分析了球閥的動(dòng)水實(shí)驗(yàn)的前提條件，并結(jié)合實(shí)際案例給出了事故預(yù)想防范措施，希望本文的工作能為從事相關(guān)工作的人員提供一定的指導(dǎo)和幫助。

【關(guān)鍵詞】球閥動(dòng)水實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)預(yù)先準(zhǔn)備；案例分析

1、球閥動(dòng)水實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作

球閥動(dòng)水實(shí)驗(yàn)對(duì)水輪機(jī)的質(zhì)量驗(yàn)證具有至關(guān)重要的作用，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)需要進(jìn)行多方面的準(zhǔn)備工作：（1）考慮到球閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)影響范圍較大，屬于強(qiáng)力破壞性試驗(yàn)，因此，應(yīng)高度重視技術(shù)條件，并做好事故預(yù)想，并有相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。對(duì)可能造成嚴(yán)重后果的預(yù)想應(yīng)進(jìn)行演練，確保所有參與人員具備相依的應(yīng)急能力。（2）水輪機(jī)設(shè)備檢查。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪無(wú)異常，主軸密封工況良好，軸承油位油質(zhì)、冷卻水、頂蓋排水、頂蓋補(bǔ)氣、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、頂蓋把合螺栓等關(guān)鍵部位應(yīng)無(wú)異常。（3）發(fā)電機(jī)及調(diào)速設(shè)備的檢查工作。發(fā)電機(jī)設(shè)備檢查：轉(zhuǎn)子、定子絕緣、直阻滿足要求，制動(dòng)系統(tǒng)工況正常，軸承油位、油質(zhì)滿足要求，冷卻水系統(tǒng)滿足要求，上機(jī)架基礎(chǔ)檢查、結(jié)構(gòu)檢查無(wú)異常、推力軸承無(wú)異常，推導(dǎo)軸承瓦溫可控；調(diào)速設(shè)備檢查：主配壓閥、事故配壓閥、過(guò)速裝置、分段關(guān)閉裝置、接力器必須確保工作正常，調(diào)速器油壓裝置工作正常，油位、壓力滿足要求。必須進(jìn)行機(jī)械過(guò)速模擬試驗(yàn)，確保相應(yīng)設(shè)備響應(yīng)正確。（4）球閥設(shè)備及勵(lì)磁系統(tǒng)的檢查。關(guān)閉、開(kāi)啟流程必須無(wú)誤，球閥活門(mén)、接力器、密封無(wú)異常，球閥上下游連接管、旁通管焊縫應(yīng)無(wú)重大缺陷，球閥油壓裝置工作正常，油位、壓力滿足要求。相比與球閥設(shè)備檢查，勵(lì)磁系統(tǒng)的檢查偏于簡(jiǎn)單，只需要確定勵(lì)磁回路絕緣正常，勵(lì)磁變壓器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、功率柜、滅磁開(kāi)關(guān)柜確保工作正常，滅磁及過(guò)壓保護(hù)單元滿足要求。（5）廠房排水系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)的檢查。廠房排水系統(tǒng)主要檢查通道是否阻塞，并根據(jù)實(shí)際情況來(lái)增加排水管道數(shù)量。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于全面了解水電機(jī)組有很大幫助，因此實(shí)驗(yàn)之前需要檢查集控中心、毛爾蓋電站上位機(jī)主機(jī)運(yùn)行正常，通訊正常，開(kāi)入、模入量、SOE量等數(shù)據(jù)與現(xiàn)地及各LCU一致。（6）模擬實(shí)驗(yàn)。首先模擬在球閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)期間的事故低油壓、瓦溫、冷卻水等事故停機(jī)試驗(yàn)，此時(shí)應(yīng)保證調(diào)速器能在相應(yīng)開(kāi)度關(guān)閉導(dǎo)葉。由于事故停機(jī)流程退出，主要驗(yàn)證調(diào)速器壓力油罐的壓力及油量能滿足全關(guān)導(dǎo)葉即可，導(dǎo)葉關(guān)閉采用“急停”方式或手動(dòng)快速關(guān)閉方式進(jìn)行。然后，退出電氣一級(jí)過(guò)速保護(hù)，模擬電氣二級(jí)過(guò)速及機(jī)械過(guò)速保護(hù)動(dòng)作正常。最后，關(guān)閉導(dǎo)葉，靜水進(jìn)行啟閉球閥試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量啟閉時(shí)間，滿足關(guān)閉時(shí)間要求，根據(jù)廠家試驗(yàn)方案，其時(shí)間按廠家要求進(jìn)行調(diào)整。

2、球閥動(dòng)水試驗(yàn)

該試驗(yàn)的具體步驟為：（1）保證各部位人員到位，退出1F機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有功閉環(huán)功能，并將機(jī)組無(wú)功降到最低運(yùn)行狀態(tài)。另外，為了保證實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，需要將PSS及一次調(diào)頻功能退出，且調(diào)速器控制切至“現(xiàn)地手動(dòng)”狀態(tài)，調(diào)速器事故停機(jī)流程已經(jīng)退出。（2）檢查其余保護(hù)均已投入無(wú)誤，通知運(yùn)行人員，現(xiàn)場(chǎng)具備試驗(yàn)條件，向省調(diào)申請(qǐng)?jiān)囼?yàn)（試驗(yàn)期間申請(qǐng)機(jī)組調(diào)頻運(yùn)行），具備試驗(yàn)條件后由現(xiàn)場(chǎng)指揮下達(dá)試驗(yàn)開(kāi)始命令，由運(yùn)行人員按照球閥廠家要求，現(xiàn)地關(guān)閉球閥，值得一提的是閉過(guò)程中調(diào)速器人員應(yīng)觀測(cè)頻率穩(wěn)定及負(fù)荷變化情況，相關(guān)人員進(jìn)行記錄。當(dāng)球閥關(guān)閉時(shí)振動(dòng)較大，水輪機(jī)紊流嚴(yán)重，因此球閥監(jiān)測(cè)人員應(yīng)進(jìn)行各部位監(jiān)測(cè)，在關(guān)閉過(guò)程中出現(xiàn)異常情況應(yīng)立即按監(jiān)控LCU A1柜內(nèi)的“緊急停機(jī)”按鈕，跳開(kāi)出口斷路器，關(guān)閉導(dǎo)葉，避免事故擴(kuò)大。發(fā)生焊縫破裂嚴(yán)重的，球閥關(guān)閉后應(yīng)立即通知調(diào)壓井人員落檢修閘門(mén)，切斷水源，避免事故擴(kuò)大。（3）機(jī)組未能按預(yù)期跳開(kāi)出口斷路器（編號(hào)：1DL）或關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)，按照如下處理方式進(jìn)行應(yīng)急處理：首先，負(fù)荷降至5至10MW區(qū)間時(shí)，LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕不能跳開(kāi)出口斷路器（編號(hào)：1DL）（響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不得大于：3s），手動(dòng)跳開(kāi)斷路器（編號(hào)：1DL），然后，負(fù)荷降至5～10MW區(qū)間時(shí)，LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕按下，導(dǎo)葉及出口斷路器未響應(yīng)，應(yīng)人工斷開(kāi)出口斷路器（編號(hào)：1DL），手動(dòng)快速關(guān)閉導(dǎo)葉，最后關(guān)閉球閥過(guò)程中機(jī)組出口斷路器（編號(hào)：1DL）斷開(kāi)，轉(zhuǎn)速上升至一級(jí)電氣保護(hù)（應(yīng)保證不動(dòng)作），再上升電氣二級(jí)保護(hù)，此時(shí)調(diào)速器應(yīng)能動(dòng)作，關(guān)閉導(dǎo)葉，進(jìn)入停機(jī)流程，并關(guān)閉球閥過(guò)程中機(jī)組出口斷路器（編號(hào)：1DL）斷開(kāi)，轉(zhuǎn)速上升至一級(jí)電氣保護(hù)（應(yīng)保證不動(dòng)作），再上升電氣二級(jí)保護(hù)仍不能動(dòng)作，在上升至145%機(jī)械過(guò)速，此時(shí)機(jī)械過(guò)速應(yīng)動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間滿足要求。（4）實(shí)驗(yàn)完成后的處理。對(duì)水工建筑進(jìn)行全面檢查，水工專業(yè)監(jiān)測(cè)流道及調(diào)壓井水工數(shù)據(jù)，并形成報(bào)告，全面檢查機(jī)組及電氣設(shè)備，完成上述試驗(yàn)并試驗(yàn)合格，全面檢查無(wú)誤，辦理結(jié)束工作票。

試驗(yàn)所用傳感器參數(shù)為：速度傳感器采用本特利生產(chǎn)的330505型低頻速度傳感器，靈敏度20mV/mm/s，頻響范圍0.5～1000Hz（-3.0dB）、1～200Hz（-0.9dB）；速度型位移傳感器采用豪瑞斯生產(chǎn)的MLS/V-9型傳感器，靈敏度為8mV/um，頻響范圍為0.5～600Hz（-3dB）；電渦流位移傳感器采用本特利330180型傳感器，靈敏度8V/mm，頻響范圍0～10kHz（-3dB）；壓力傳感器采用通用生產(chǎn)的PTX5072型傳感器，精度為±0.2%，頻響范圍0～5kHz（-3dB）。

為進(jìn)一步探究?jī)杀度~片過(guò)流頻率的傳遞情況，分別在穩(wěn)態(tài)工況下繪制轉(zhuǎn)輪與底環(huán)壓力、轉(zhuǎn)輪與頂蓋間壓力、尾水進(jìn)口壓力、蝸殼進(jìn)口壓力、球閥上游側(cè)壓力測(cè)點(diǎn)的頻譜圖，并對(duì)頻譜根據(jù)以下原則進(jìn)行歸一化：步驟1分別獲得每個(gè)測(cè)點(diǎn)的頻譜數(shù)據(jù)，并提取相應(yīng)的兩倍葉片過(guò)流頻率幅值；步驟2計(jì)算全部測(cè)點(diǎn)兩倍葉片過(guò)流頻率幅值的最大值，以該最大值作為基礎(chǔ)進(jìn)行歸一化操作；上述操作本質(zhì)上是對(duì)兩倍葉片過(guò)流頻率幅值進(jìn)行的歸一化，在歸一化時(shí)，由于轉(zhuǎn)頻的倍頻成分較100Hz幅值大，因此繪圖處理時(shí)，將大于1的幅值部分強(qiáng)制為1。

3、事故預(yù)想及防范措施

3.1機(jī)組防飛逸措施

機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速為550r/min，即167%過(guò)速。機(jī)組電氣二級(jí)過(guò)速保護(hù)為142%，機(jī)械過(guò)速保護(hù)為145%。將電氣二級(jí)保護(hù)投入及機(jī)械過(guò)速保護(hù)投入可以確保機(jī)組不發(fā)生飛逸現(xiàn)象。為了保證機(jī)組飛逸，確保安全，建議調(diào)速器只退出事故停機(jī)流程，緊急停機(jī)流程應(yīng)投入，且確保正常。緊急停機(jī)流程啟動(dòng)條件為以下5個(gè)條件任意一個(gè)滿足即啟動(dòng)：（1）緊急停機(jī)按鈕動(dòng)作；（2）機(jī)組機(jī)械過(guò)速保護(hù)動(dòng)作；（3）機(jī)組轉(zhuǎn)速142%Ne且115%Ne；（4）事故停機(jī)過(guò)程中剪斷銷剪斷；（5）緊急關(guān)球閥按鈕。

3.2防抬機(jī)措施

機(jī)組進(jìn)行動(dòng)水關(guān)閉球閥時(shí)其關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)，尾水迅速產(chǎn)生真空，形成真空抬機(jī)現(xiàn)象機(jī)率較小，但由于動(dòng)水關(guān)閉其流速較大，壓力較大，小開(kāi)度時(shí)水流紊流嚴(yán)重，如果在關(guān)閉過(guò)程中出現(xiàn)真空則真空效應(yīng)比較大，其抬機(jī)后果應(yīng)比較大。首先，應(yīng)仔細(xì)檢查頂蓋把合螺栓，不得出現(xiàn)疲勞損傷現(xiàn)象，預(yù)緊力滿足圖紙要求。再次，應(yīng)觀測(cè)關(guān)閉球閥期間尾水真空度及機(jī)組上浮量，當(dāng)機(jī)組上臺(tái)量及尾水真空急劇增加時(shí)應(yīng)立即按LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕或手動(dòng)快速關(guān)閉導(dǎo)葉進(jìn)入停機(jī)流程。上抬量控制應(yīng)以主軸密封及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)梳齒密封間隙確定。與此同時(shí)，由于導(dǎo)葉未關(guān)閉，因此要充分利用上游進(jìn)水閥后真空破壞閥及頂蓋補(bǔ)氣閥。在試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)兩只閥門(mén)進(jìn)行專項(xiàng)檢查，確保工況正常。

3.3電氣保護(hù)部分

勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、功率柜、滅磁開(kāi)關(guān)柜應(yīng)設(shè)置專人監(jiān)視，當(dāng)關(guān)閉進(jìn)水球閥時(shí)，跳開(kāi)機(jī)端斷路器之后，為防止出現(xiàn)異常現(xiàn)象導(dǎo)致機(jī)端過(guò)電壓、轉(zhuǎn)子過(guò)電壓等其他情況損害機(jī)組絕緣，應(yīng)手動(dòng)進(jìn)行逆變滅磁，緊急情況下還可采用跳滅磁開(kāi)關(guān)滅磁。

試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，檢查保護(hù)裝置保護(hù)功能完善，保護(hù)定值正確，保護(hù)壓板按試驗(yàn)要求投入，應(yīng)保證電氣設(shè)備在保護(hù)范圍內(nèi)。同時(shí)還應(yīng)對(duì)主變壓器保護(hù)、廠變保護(hù)進(jìn)行全面檢查。

3.4防倒送電措施

機(jī)組在帶負(fù)荷時(shí)關(guān)閉進(jìn)水球閥，機(jī)組負(fù)荷逐漸降低，當(dāng)負(fù)荷降至0以后，會(huì)由發(fā)出有功變?yōu)槲障到y(tǒng)有功。為防止出現(xiàn)上述現(xiàn)象損壞發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)電氣保護(hù)不能退出，確保出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠起到保護(hù)發(fā)電機(jī)的作用。同時(shí)，采用低負(fù)荷（約5～10MW負(fù)荷）急停，進(jìn)入急停流程（按下LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕），自動(dòng)斷開(kāi)出口斷路器。如果按下LCU柜“緊急停機(jī)”按鈕后，調(diào)速器未響應(yīng)，其出口斷路器未斷開(kāi)，機(jī)組未進(jìn)入停機(jī)流程，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)人員應(yīng)迅速手動(dòng)斷開(kāi)出口斷路器，并通知調(diào)速器監(jiān)護(hù)人手動(dòng)快速關(guān)閉導(dǎo)葉。

3.5防止水淹廠房措施

防止水房倒淹的措施有多種，具體為以下幾點(diǎn)：第一點(diǎn)，試驗(yàn)前對(duì)廠房滲漏排水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，應(yīng)進(jìn)行水泵聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，確保滲漏排水泵能自動(dòng)動(dòng)作，排水能力滿足要求，且應(yīng)能保證2F、3F機(jī)組在熱備用狀態(tài)，出現(xiàn)緊急情況時(shí)，及時(shí)開(kāi)2F、3F機(jī)組于空轉(zhuǎn)，在消除水錘同時(shí)可以滿足過(guò)水能力，減輕泄水壓力。第二點(diǎn)，試驗(yàn)時(shí)，球閥本體及尾水錐管測(cè)量建議采用探頭遠(yuǎn)程控制，防止出現(xiàn)異常情況人員不能及時(shí)撤離，造成事故擴(kuò)大化在出現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即按LCU柜“緊急停機(jī)”關(guān)閉導(dǎo)葉，終止試驗(yàn)，并撤離現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)應(yīng)通知調(diào)壓井人員落檢修閘門(mén)。如果事態(tài)不能控制，應(yīng)同時(shí)通知進(jìn)口水口人員落進(jìn)水口事故閘門(mén)。第三點(diǎn)，根據(jù)公司事故應(yīng)急處置程序，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)指揮應(yīng)立即啟動(dòng)水淹廠房的應(yīng)急預(yù)案。

4、結(jié)束語(yǔ)

由于引水系統(tǒng)在水平方向上對(duì)水的約束力較小，導(dǎo)致動(dòng)位移較大，對(duì)球閥的啟閉系統(tǒng)有很大影響，后期運(yùn)行過(guò)程中需要在該點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化監(jiān)督和管理。另外，使用之前對(duì)球閥的動(dòng)水實(shí)驗(yàn)也是十分必須的，只有從這幾方面充分考慮，才能確保水電機(jī)組的球閥滿足工程實(shí)際要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 14478-2012《大中型水輪機(jī)進(jìn)水閥門(mén)基本技術(shù)條件》

[2] DL/T 1068-2007 《水輪機(jī)進(jìn)水液動(dòng)水閥選用、試驗(yàn)及驗(yàn)收導(dǎo)則》

[3] 洪勉成 陸培文 高鳳琴主編 閥門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)[M].北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015

作者簡(jiǎn)介：張偉，（1980——），男，大專，從事水電站電氣維護(hù)工作。