株溪口水电站调速系统分段关闭问题浅析

2010-04-09谢湘豹

湖南水利水电 2010年5期

谢湘豹

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

1 工程简介

株溪口水电站位于湖南省安化县境内资水流域中游，是一个以发电为主，兼顾航运等综合效益的水电工程。电站为河床式，总装机容量74 MW，装有4台（套）灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量18.5 MW，每台机组配置1台PSWST-100-PLC调速器，油压装置为HYZ-6.0-6.3。

2 故障现象

株溪口水电站1#机组在调试程序完善后甩12 MW负荷时，机组转速升高达到160%额定转速，电气过速和机械过速均动作，机组事故停机。

3 试验检查

（1）无水试验检查。

排干机组流道积水，检查导叶关闭规律是否满足要求，即第一段和第二段关闭时间、分段关闭拐点是否满足设计要求，设计要求第一段Ts1=3 s，第二段Ts2=6 s，拐点开度为45%。

采用模拟甩负荷的方法，测量出第一段关闭时间为1.563 s，第二段关闭时间为11.106 s，分段关闭拐点为48.7%。虽然与设计导叶关闭规律不符，但第一段关闭速度比设计关闭速度快，考虑到甩负荷时有过速现象，导叶关闭速度偏快，对抑制转速上升有利，故没有对关闭速度进行调整。

（2）甩负荷试验检查。

●在当时水头下机组带15 MW负荷时，导叶开度为76.354%，此时机组甩15 MW负荷，机组转速上升到63.661 Hz。甩负荷时，导叶关闭的拐点为55.422%。

●在当时水头下机组带12 MW负荷时，导叶开度为64.939%，此时机组甩12 MW负荷，机组转速上升到75.728 Hz。甩负荷时，导叶没有按照分段关闭规律进行关闭，而是按第二段关闭速度关闭，导致机组转速上升过高。

4 故障原因分析

在机组带12 MW负荷时，导叶开度为64.939%，此时观察分段关闭的先导阀，发现先导阀下部的滚轮刚好处在拐点位置，即只要导叶关闭一点，先导阀就会动作，也就是说此时分段关闭的拐点为64.939%。而在无水试验时，分段关闭拐点为48.700%，这说明导叶从全开向全关，先导阀的滚轮运动到拐点上时，并没有马上驱动分段关闭阀动作，而是在0.5 s后导叶继续关闭了16.239%开度才驱动分段关闭阀动作。但在甩12 MW负荷时，由于导叶刚开始关闭时速度不快，先导阀较快地驱动了分段关闭阀动作，导叶一直以第二段的较慢速度关闭，导致机组转速上升过高。这说明甩负荷时导叶关闭的初始开度大，导叶分段关闭的拐点就低，导叶关闭的初始开度小，导叶分段关闭拐点就高，当导叶开度刚好在先导阀滚轮与分段凸块接触位置即65%开度附近时，该开度就处于分段关闭拐点位置上。也就是说分段关闭装置的拐点在各种工况下是不一样的，具有不确定性，这就容易导致甩负荷时机组过速，特别是当机组带满负荷而导叶开始刚好在先导阀滚轮与分段凸块接触位置时，甩负荷后导叶会按第二段慢关闭速度关闭，机组转速上升将很高，这将对机组安全稳定运行非常不利。

株溪口水电厂机组分段关闭装置采用的是纯机械位置控制的先导阀与油压控制的分段阀组成的组装，在分段关闭拐点以上，先导阀连接分段关闭阀的油管路接通压力油；达到分段关闭拐点以下，先导阀动作，连接的油管路接通回路，通过管路泄压驱使分段关闭阀动作，实现导叶的较慢关闭。先导阀安装在控制环上部，分段关闭阀安装在灯泡头上部的位置，二者之间的油管路长达20 m左右，分段关闭阀安装位置比先导阀高5 m左右。这必然导致先导阀动作后管路泄压到分段关闭阀动作到位需要一段时间，从而导致了分段关闭拐点动作滞后。

通过以上的调查分析，基本确定引起1#机组在甩12 MW负荷时过速的原因是由于分段关闭装置性能不佳，导致甩负荷时直接以第二段速度关闭，而没有以较快的第一段关闭速度首先将机组转速予以抑制，而导致分段关闭装置性能不佳的原因是由于先导阀和分段关闭阀之间油路较长，而分段关闭阀需要先导阀的连接管路泄压到一定值才能驱动。