灯炮贯流式机组自动开机不成功原因及对策

2014-07-04贺文

电力安全技术 2014年4期

贺文

(广西桂冠电力股份有限公司大化水力发电总厂，广西河池 530800)

1 概述

某电厂位于广西红水河流域中段，是该流域的一座低水头径流式电站，共安装6 台单机容量为32 MW 的灯泡贯流式卧式机组，年平均发电量为8 亿kWh，年平均利用小时数为4 209 h。电厂按“无人值班、少人值守”的原则设计，采用2 台机组共用1 台主变器的扩大单元接线方式，其主变压器系统由3 台主变构成。计算机监控采用分层分布式控制系统结构，由电厂控制层和现地单元控制层组成。水轮机调速器为采用32 位双微机双通道冗余控制结构的新型调节控制器。

由于2012年全年枯水期较长，该电厂机组启停次数较为频繁，共出现4 次不同机组自动开机不成功的现象。由于该电厂隶属中调电网，机组自动开机不成功不仅影响机组并网的成功率，而且无法及时支援电网，影响电网的安全稳定运行，因此迫切需要解决该问题。

2 原因分析

经检查发现，当上位机下达开机检查指令后，监控系统投入机组组润滑油泵、开启机组冷却风机、退出检修密封、退出风闸制动器等均能正常动作，只有高压油顶起装置异常，导致监控系统无法给调速器下达开机指令。同时，由于该厂在正常停机后会投入事故电磁阀，如果事故电磁阀不能在开机指令下达周期内正常复归，将导致导叶无法正常顺利打开。因此，造成机组自动开机不成功的主要原因是事故电磁阀故障和高压油顶起装置故障。

2.1 事故电磁阀故障的原因

该电厂在设计之初，正常停机流程过程中并不需要投入事故电磁阀。但在运行和检修维护过程中发现，机组停机后，投入事故电磁阀更有利于保障机组导水机构的安全。由其停机投事故电磁阀的回路(见图1)可知，当监控系统下达停机指令后，触发延时继电器，使其经90 s 延时后动作，投入事故电磁阀，并使投入的事故电磁阀的线圈一直通电，以保证导叶始终处于全关状态。机组需要开机启动时，监控系统首先要检查确认全部流程满足开机条件，然后通过开机继电器65STT 同时分别向调速器和事故电磁阀下达开机和复归指令，保持时间为5 s，若事故电磁阀无法在5 s 内及时复归，5 s 后监控系统的开机令已复归，将导致调速器导叶无法正常打开，从而造成机组开机不成功。因此，可能导致造成机组开机不成功的原因有以下3 种：

(1)停机指令继电器65STPX 的触点8，9 无法正常复归；

(2)开机指令继电器65STT 的触点8，9 无法正常动作及保持通电时间；

(3)事故电磁阀执行部分发卡无法正常复归。

图1 停机投入事故电磁阀回路

2.2 高压油顶起装置故障的原因

灯泡贯流式机组发电机和水轮机共用同一根大轴，为两支点悬臂结构，通过水导轴承和发导轴承(径向轴承)支撑大轴，转轮和发电机分别置于大轴两端，其中大轴下游通过法兰与转轮连接，上游通过法兰与转子支架连接。其结构与混流式机组、轴流转桨式机组不同。灯泡贯流式机组额定转速低，转动惯量小，机组停机和启动时间短，转速变化快。高压油顶起装置用于确保机组在启动和停止过程中的低转速区时，机组轴瓦能建立油膜保护轴瓦，以防止机组在低转速区油膜破坏，出现烧瓦事故。虽然高压顶起油泵启动次数和运行时间不多，但对机组的安全运行却有不可忽视的作用，运行中必须充分保证其可靠性。

由于灯泡贯流式机组的高压油顶起装置组合轴承、水导轴承的管路路径较远，油流管道转角较大，高压油顶起装置建压有一定的延时；且该厂高压顶起油泵进油口比回油箱的油位略高，容易造成空气反串入油泵进油口管路中。因此，为充分发挥高压油顶起装置的作用，提高机组运行的可靠性，将在机组开机准备时即投入高压油顶起装置并检查其是否正常，作为调速器开机的必要条件。当转速大于90 %额定转速时，停止高压油顶起装置。该厂每台机组均配备2 台高压顶起油泵，1 台主用，1 台备用，由操作把手对油泵进行主备切换。在运行过程中，多次发现高压油顶起装置不能满足条件，开机检查流程无法正常执行，导致机组自动开机不成功。高压油顶起装置不满足条件的原因主要有以下3 点：

(1)高压顶起油泵进油口管路中反串入空气，当1 台高压顶起油泵运行时，管路不能形成真空，导致油泵无法正常打油，压力接点也无法正常接通；

(2)1 台高压顶起油泵处于运行时，油压波动较大，造成油管剧烈震动，使压力闭合接点频繁抖动而断开；

(3)高压顶起油泵安全阀异常动作，致使无法达到压力接点接通整定值，高压顶起油泵反复打油，油质劣化严重。

3 应对策略

3.1 事故电磁阀故障的应对策略

目前该厂的事故电磁阀是2 位四通的双稳态电磁阀，当一个线圈失电时，另一个线圈未得电时可以保持阀芯不动，即为有记忆功能的电磁阀。分析其运动过程，由于弹簧力和摩擦阻力的存在，当电磁铁刚通电时，阀芯并没有开始运动。随着电磁铁所产生的电磁吸力的逐渐增大，阀芯所受的合力逐渐增大，加速度逐渐增大，阀芯开始运动，当电磁吸力达到一定值时，合力达到最大，加速度也随之达到最大。由于弹簧力与摩擦阻力随着位移和速度的增大而增大，二者之和开始时大于电磁吸力，而后逐渐减小，使加速度越来越接近于0；当位移和弹簧力达到最大值时，相应的电感和电磁吸力保持不变，合力和加速度均为0，瞬间过程结束，整个系统进入稳态。事故电磁阀在运行的过程中常见的故障主要有以下5 点：

(1)阀芯不运动：主要原因有电磁线圈故障、阀芯卡紧、油液变化等故障；

(2)泄漏：主要包括内漏和外漏；

(3)压力损失大：主要由实际流量过大、阀芯抬肩以及阀芯移动不到位等原因导致；

(4)漏磁：电磁线圈表面有缺陷，从而导致穿过线圈的磁通量发生变化；

(5)冲击和振动：主要由阀芯运动速度过大或固定电磁阀的螺钉松动等原因导致。

对于事故电磁阀不能快速复归的情况，应当采取如下应对措施。

(1)在事故电磁阀控制回路中应避免串入过多的电磁式继电器的接点，以防止由于继电器接点抖动、氧化导致的电磁阀工作不可靠。对于需要串入的继电器接点回路，可考虑使用固态继电器等可靠性较高的元器件。对于开机继电器65STT，应当选择可靠性较高的的继电器，避免其接点暴露在空气中氧化而使回路的电阻过大，不利于事故电磁阀的快速复归；如无条件选择固态继电器的电厂，在校验测量出普通继电器的接点电阻超过规定值时，应当及时清洗、更换继电器。

(2)在电磁阀控制程序中应尽量避免电磁阀长期励磁。由于该电厂事故电磁阀投入线圈一直处于带电状态，其温度较高，比较容易损坏。但对于双稳态电磁阀，在保证安全的前提下，只要对开机复归线圈进行闭锁，就可以避免投入线圈一直带电，这样就能保证停机继电器65STPX 的触点8，9 不影响投入线圈的复归。

(3)增加对阀芯的监视，以便当阀芯卡涩或者抖动时快速定位故障，有利于设备的检修维护。该电厂开机控制程序在开机指令下达的同时下令复归事故电磁阀，由于开机指令的持续时间仅为5 s，当电磁阀发卡无法及时复归时，将导致机组导叶无法顺利打开。针对这个问题，可以将事故电磁阀的复归，即阀芯反馈位置，作为监控系统是否下发开机指令的必要条件。事故电磁阀的阀芯处于投入位置时，无法下达开机指令；只有当阀芯位置处于复归位置，导叶主配已完全释放时，监控系统下才能下达开机指令，使机组正常启动。

(4)对于电磁阀线圈的供电回路，可以采用可靠的稳压回路，以避免断开供电电源时产生的反向过电压。

3.2 高压油顶起装置故障的应对策略

机组在开机时，由于高压顶起油泵离机组轴承较远，顶起油压建压需要一定的延时，故在开机准备时即投入主用油泵，并分别监测径向轴承、组合轴承顶起油压是否正常，以此作为调速器开启条件。当机组转速上升至90 %额定转速时，切除高压顶起油泵。

机组正常停机时，转速下降到90 %额定转速时，投入油泵。机组转速下降到0 时，再切除油泵。

机组事故停机时，直接投入高压顶起油泵，以尽可能减少对轴承的损伤。

(1)为使高压油顶起装置运行正常，应经常检查油泵和管路是否漏油，各瓦油室压力值之差是否正常，检查高压顶起油泵进油口管路是否密封良好。要定期拆除清洗滤器滤油网，防止脏物堵塞，影响油的净化，并定期更换润滑油。

(2)对压力接点整定值进行调整，当水轮发电机组启动时，首先启动高压顶起油泵，投入高压油。轴承中高压油室的油压升高后，迅速下降。此时，发电机转子已被高压油顶起，机组处于顶起状态运行。随后，油的压力趋于平稳，机组开始转动，将此时的油压定为压力继电器接点的整定值。调整压力继电器的接点，使之在要求的压力值下，重复接点试验，这样就可使压力继电器发出准确的信号，发挥其在开机和停机过程中的作用。该电厂监控系统的高压油顶起装置原控制流程如图2 所示，仅由1 台主用高压顶起油泵运行，如压力接点不能正常接通，主用泵会一直运行，无法满足开机条件，致使自动开机失败。根据现场的实际情况，对高压顶起控制流程进行更改，如图3 所示，当主用泵启动时，时间继电器开机计时，若压力接点未正常接通，5 s 之后就立即启动备用泵打油，以确保高压油顶起装置能够快速启动。

(3)高压油顶起装置中溢压阀的整定值不得低于顶起发电机转子的压力，且不得高于高压油顶起装置的最高压力。

4 结束语

该电厂在正常停机的状态下将事故电磁阀投入，即便在事故电磁阀失电的状态下也能保证导叶处于全关状态，较好地保证了机组设备的安全。在机组自动开机时需要及时解除事故电磁阀，通过更换固态开机指令、停机指令继电器，机组正常停机投入事故电磁阀后切除电源，事故电磁阀阀芯反馈作为开机必要条件等措施，提高了事故电磁阀复归回路的可靠性。定期检查高压油顶起装置的管路、密封及过滤网，将压力接点作为是否需要启用备用泵的依据等优化方案，提高了高压油顶起装置的可靠性。采取以上措施后，该电厂贯流式机组自动开机成功率有了显著提高。