張朝強

(廣東省粵電集團(tuán)天生橋一級水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400)

2017年9月30日，天生橋一級水電站運行人員反映3號機在停機過程中未收到SD325、SD326、SD327三個閥門的狀態(tài)返回信號(閥門在全開或全開位置均會上送信號至監(jiān)控)，現(xiàn)地檢查，控制柜面板三個閥門信號燈為灰色，閥門停在中間位置。事后檢修部電氣二次班相關(guān)工作人員對信號回路，技術(shù)供水程序做了詳細(xì)梳理和分析，最終找到了問題原因，并成功處理了設(shè)備異常缺陷，現(xiàn)將分析報告，處理措施及經(jīng)驗總結(jié)做一下簡要說明，供大家參考。

1 該水電站供水方式簡介

1)供水水源。機組冷卻水供水系統(tǒng)有三個水源：頂蓋取水、減壓供水和射流泵供水。當(dāng)頂蓋取水作為主水源時，射流泵供水作為備用水源；當(dāng)減壓供水作為主水源時，射流泵供水作為備用水源；當(dāng)射流泵供水作為主水源時，減壓供水作為備用水源。選用何種供水方式由開機前安裝在技術(shù)供水控制柜上的方式選擇開關(guān)預(yù)先確定，開機時由機組順控流程聯(lián)動開啟主水源，正常關(guān)機后關(guān)閉當(dāng)前運行的供水水源。各冷卻器排水管上裝有示流計，當(dāng)幾個示流計同時發(fā)出冷卻水流量小信號時，備用水源自動投入并切斷原水源。技術(shù)供水簡圖如圖1。

圖1 技術(shù)供水圖簡圖

2)各供水方式下閥門的關(guān)閉狀態(tài)。正常情況下機組技術(shù)供水為頂蓋供水、射流供水、減壓供水三種方式的任一種加正向供水或者反向供水，正向供水或反向供水閥門狀態(tài)不會隨機組開停機變化；為防止技術(shù)供水長時間單方向運行，引起堵塞，正反向供水定期手動切換。

正向供水：SD330、SD329常開，SD328、SD331常閉；

反向供水：SD328、SD331常開，SD330、SD329常閉；

頂蓋供水：SD325、SD329常開，SD304、、SD308、SD309、SD310、SD326、SD327常閉；

射流供水：SD304、SD308、SD309、SD326、SD327常開，SD305、SD310、SD325常閉；

減壓供水：SD305、SD310、SD326、SD327常開，SD304、SD308、SD309、SD325常閉。

2 事件原因分析

電氣二次班技術(shù)人員檢查監(jiān)控系統(tǒng)歷史記錄和技術(shù)供水PLC程序，確認(rèn)此現(xiàn)象應(yīng)為停機過程中閥門進(jìn)行切換導(dǎo)致的，詳細(xì)說明如下：

查詢監(jiān)控事件一覽表，3號機停機過程關(guān)于技術(shù)供水系統(tǒng)的簡要記錄如下：

2017-09-30 20:01:49.530，3號機導(dǎo)葉全關(guān)

2017-09-30 20:02:25.163，3號機下導(dǎo)冷卻水中斷

2017-09-30 20:02:44.621，3號機轉(zhuǎn)速<60%

2017-09-30 20:03:01.145，3號機上導(dǎo)冷卻水中斷

2017-09-30 20:03:59.666，3號機水導(dǎo)冷卻水中斷

2017-09-30 20:04:21.017，3號機推力冷卻水中斷2017-09-30 20:04:57.560，3號機空冷冷卻水中斷

2017-09-30 20:06:00.752，3號機轉(zhuǎn)速<15%

2017-09-30 20:06:25.464，3號機轉(zhuǎn)速<10%

2017-09-30 20:06:26.933，3號機冷卻水備用水源投入

2017-09-30 20:06:28.192，3號機冷卻水頂蓋取水電動閥SD325開信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:28.479，3號機冷卻水頂蓋排水電動閥SD327關(guān)信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:28.685，3號機射流供水出口電動閥SD309關(guān)信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:28.893，3號機冷卻水頂蓋排水總閥SD326關(guān)信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:29.734，3號機射流供水出口電動閥SD308關(guān)信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:40.513，3號機射流供水取水電動閥SD304關(guān)信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:45.972，3號機轉(zhuǎn)速<0.5%

2017-09-30 20:06:50.732，3號機空冷冷卻水中斷信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:50.941，3號機水導(dǎo)冷卻水中斷信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:51.782，3號機推力冷卻水中斷信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:52.414，3號機接力器鎖定投入

2017-09-30 20:06:52.832，3號機上導(dǎo)冷卻水中斷信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:52.832，3號機下導(dǎo)冷卻水中斷信號復(fù)歸

2017-09-30 20:06:53.000，3號機組開出第50點動作(3號機停機組冷卻水及主軸密封水)

2017-09-30 20:07:09.354，3號機射流供水取水電動閥SD304關(guān)

2017-09-30 20:07:12.714，3號機下導(dǎo)冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:13.556，3號機上導(dǎo)冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:15.654，3號機水導(dǎo)冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:16.706，3號機推力冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:17.554，3號機空冷冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:17.964，3號機射流供水出口電動閥SD308關(guān)

2017-09-30 20:07:19.505，3號機射流供水出口電動閥SD309關(guān)

由上述記錄可以看出，由于3號機采用頂蓋供水方式，在導(dǎo)葉全關(guān)后，各部軸承和空冷冷卻水示流計陸續(xù)報中斷信號，此后一直未復(fù)歸。根據(jù)技術(shù)供水系統(tǒng)PLC程序分析：在收到開技術(shù)供水令(由機組LCU在開機過程中開出)且未收到停技術(shù)供水令(機組停穩(wěn)即轉(zhuǎn)速小于0.5%ne時由LCU開出)的情況下，若上導(dǎo)、下導(dǎo)、推力、水導(dǎo)、空冷冷卻水中斷信號同時存在，系統(tǒng)將判斷為現(xiàn)供水方式不滿足要求，切換至備用水源供水。因此，選擇頂蓋供水方式時，在機組停機過程中技術(shù)供水PLC會判斷為“技術(shù)供水中斷”而自動切至備用水源供水的備用供水即射流供水，是自動控制的正確結(jié)果，是正?，F(xiàn)象。

但通過事件記錄看出，收到停技術(shù)供令后SD304、SD308、SD309正常關(guān)閉，而SD325、SD326、SD327三個閥門在切換供水方式動作后直到流程結(jié)束，并未返回動作到位信息，結(jié)合運行人員現(xiàn)地檢查，三個閥門確實停在中間位置。檢修人員通過進(jìn)一步分析技術(shù)供水程序，系統(tǒng)收到監(jiān)控發(fā)出的停技術(shù)供水令即事件記錄中的“3號機組開出第50點動作(3號機停機組冷卻水及主軸密封水)”后，關(guān)閉相應(yīng)閥門，如圖2所示。

圖2

程序中關(guān)閉的閥門不包括SD325、SD326、SD327，這是因為混流式水輪機一般在轉(zhuǎn)輪上冠和頂蓋之間都必須排水，三個閥門不動作是為了保證把轉(zhuǎn)輪上迷宮漏水集中引出[1]，而 停技術(shù)供水令卻復(fù)位了開技術(shù)供水命令ZJBL1[0]，如圖3所示。

圖3

在切換供水方式后所有閥門動作的前提是有ZJBL1[0]的存在，一旦此命令復(fù)位，所有閥門停止動作，故三個閥門SD325、SD326、SD327在動作過程中停在了中間位置，如圖4所示。

圖4

3 事件進(jìn)一步分析討論及防范措施

機組在頂蓋供水方式下，導(dǎo)葉全關(guān)后，技術(shù)供水壓力和流量必然會逐漸減小至中斷，通常技術(shù)供水系統(tǒng)只采用流量開關(guān)的開關(guān)節(jié)點作為示流信號的判據(jù)，而流量開關(guān)可靠性較低也會造成系統(tǒng)故障[2]，天生橋一級水電站管道示流計采用的是德國TURCK公司生產(chǎn)的FCS-G1/2A4P-VRX/24VDC、該型號產(chǎn)品曾在其他機組做過實驗，冷卻水中斷信號的壓力值約為0.1 MPa，能夠準(zhǔn)確可靠報出技術(shù)供水中斷信號；導(dǎo)葉全關(guān)后，機組轉(zhuǎn)速降低。此時需要在合適的轉(zhuǎn)速區(qū)間經(jīng)電氣制動或混合制動將機組快速停穩(wěn)，避免低轉(zhuǎn)速下長期運行對推力瓦的磨損。而在頂蓋供水方式下，導(dǎo)葉全關(guān)后，技術(shù)供水壓力和流量必然會逐漸減小至中斷。此時及時切換至備用水源供水，可以持續(xù)對各部軸承尤其是推力軸承進(jìn)行散熱，也是有利的。

停機過程中切換備用水源供水是非常有必要的，而停機過程中閥門停在中間位置則為非正常狀態(tài)，針對此現(xiàn)象，檢修人員重新梳理程序，決定在系統(tǒng)收到停技術(shù)供水令后加一個中間變量T-LCU，兩分鐘延時后開出停冷卻水令ZJBL1[11]關(guān)閉相應(yīng)閥門，因為閥門動作超時時間為兩分鐘，延時兩分鐘可以保證閥門動作到位，程序改動如圖5。

圖5

4 結(jié) 語

我們注意到天生橋一級水電站采用了頂蓋供水、射流供水、減壓供水三種相結(jié)合的方式，頂蓋供水是在頂蓋以某一半徑的圓周上開一定數(shù)量、大小合適的取水孔，將轉(zhuǎn)輪與頂蓋之間間隙的滲漏水引致水輪機的機墩外，僅用少量的取水管路便可將冷卻水引至各用水設(shè)備[3]。查閱相關(guān)資料，頂蓋供水在設(shè)計之初主要考慮到占地面積、維護(hù)工作量等諸多因素，對比其他供水方式，采用頂蓋供水每年可減少冷卻水用量約2 000萬m3，如果這些水用于發(fā)電，每年可獲得將近120萬的效益，但是頂蓋供水不僅與水輪機水頭和流量有關(guān)，還與水輪機的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[4]，某電廠曾發(fā)生過用頂蓋取水作為技術(shù)供水來調(diào)相運行時，機組推力瓦溫升高，使本來就逼近報警值的瓦溫和油溫更加處于風(fēng)險邊緣，同時機組主軸密封水漏水量增加，3臺頂蓋排水泵同時啟動也無法控制水位的現(xiàn)象[5]，因此水電站可采用頂蓋供水用作主供水方式，其他方式相結(jié)合的方案，這樣既節(jié)約了成本，又保證了冷卻水供水的可靠性。