一起技术供水阀门动作异常事件的分析处理

张朝强

(广东省粤电集团天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂，贵州 兴义 562400)

2017年9月30日，天生桥一级水电站运行人员反映3号机在停机过程中未收到SD325、SD326、SD327三个阀门的状态返回信号(阀门在全开或全开位置均会上送信号至监控)，现地检查，控制柜面板三个阀门信号灯为灰色，阀门停在中间位置。事后检修部电气二次班相关工作人员对信号回路，技术供水程序做了详细梳理和分析，最终找到了问题原因，并成功处理了设备异常缺陷，现将分析报告，处理措施及经验总结做一下简要说明，供大家参考。

1 该水电站供水方式简介

1)供水水源。机组冷却水供水系统有三个水源：顶盖取水、减压供水和射流泵供水。当顶盖取水作为主水源时，射流泵供水作为备用水源；当减压供水作为主水源时，射流泵供水作为备用水源；当射流泵供水作为主水源时，减压供水作为备用水源。选用何种供水方式由开机前安装在技术供水控制柜上的方式选择开关预先确定，开机时由机组顺控流程联动开启主水源，正常关机后关闭当前运行的供水水源。各冷却器排水管上装有示流计，当几个示流计同时发出冷却水流量小信号时，备用水源自动投入并切断原水源。技术供水简图如图1。

图1 技术供水图简图

2)各供水方式下阀门的关闭状态。正常情况下机组技术供水为顶盖供水、射流供水、减压供水三种方式的任一种加正向供水或者反向供水，正向供水或反向供水阀门状态不会随机组开停机变化；为防止技术供水长时间单方向运行，引起堵塞，正反向供水定期手动切换。

正向供水：SD330、SD329常开，SD328、SD331常闭；

反向供水：SD328、SD331常开，SD330、SD329常闭；

顶盖供水：SD325、SD329常开，SD304、、SD308、SD309、SD310、SD326、SD327常闭；

射流供水：SD304、SD308、SD309、SD326、SD327常开，SD305、SD310、SD325常闭；

减压供水：SD305、SD310、SD326、SD327常开，SD304、SD308、SD309、SD325常闭。

2 事件原因分析

电气二次班技术人员检查监控系统历史记录和技术供水PLC程序，确认此现象应为停机过程中阀门进行切换导致的，详细说明如下：

查询监控事件一览表，3号机停机过程关于技术供水系统的简要记录如下：

2017-09-30 20:01:49.530，3号机导叶全关

2017-09-30 20:02:25.163，3号机下导冷却水中断

2017-09-30 20:02:44.621，3号机转速<60%

2017-09-30 20:03:01.145，3号机上导冷却水中断

2017-09-30 20:03:59.666，3号机水导冷却水中断

2017-09-30 20:04:21.017，3号机推力冷却水中断2017-09-30 20:04:57.560，3号机空冷冷却水中断

2017-09-30 20:06:00.752，3号机转速<15%

2017-09-30 20:06:25.464，3号机转速<10%

2017-09-30 20:06:26.933，3号机冷却水备用水源投入

2017-09-30 20:06:28.192，3号机冷却水顶盖取水电动阀SD325开信号复归

2017-09-30 20:06:28.479，3号机冷却水顶盖排水电动阀SD327关信号复归

2017-09-30 20:06:28.685，3号机射流供水出口电动阀SD309关信号复归

2017-09-30 20:06:28.893，3号机冷却水顶盖排水总阀SD326关信号复归

2017-09-30 20:06:29.734，3号机射流供水出口电动阀SD308关信号复归

2017-09-30 20:06:40.513，3号机射流供水取水电动阀SD304关信号复归

2017-09-30 20:06:45.972，3号机转速<0.5%

2017-09-30 20:06:50.732，3号机空冷冷却水中断信号复归

2017-09-30 20:06:50.941，3号机水导冷却水中断信号复归

2017-09-30 20:06:51.782，3号机推力冷却水中断信号复归

2017-09-30 20:06:52.414，3号机接力器锁定投入

2017-09-30 20:06:52.832，3号机上导冷却水中断信号复归

2017-09-30 20:06:52.832，3号机下导冷却水中断信号复归

2017-09-30 20:06:53.000，3号机组开出第50点动作(3号机停机组冷却水及主轴密封水)

2017-09-30 20:07:09.354，3号机射流供水取水电动阀SD304关

2017-09-30 20:07:12.714，3号机下导冷却水中断

2017-09-30 20:07:13.556，3号机上导冷却水中断

2017-09-30 20:07:15.654，3号机水导冷却水中断

2017-09-30 20:07:16.706，3号机推力冷却水中断

2017-09-30 20:07:17.554，3号机空冷冷却水中断

2017-09-30 20:07:17.964，3号机射流供水出口电动阀SD308关

2017-09-30 20:07:19.505，3号机射流供水出口电动阀SD309关

由上述记录可以看出，由于3号机采用顶盖供水方式，在导叶全关后，各部轴承和空冷冷却水示流计陆续报中断信号，此后一直未复归。根据技术供水系统PLC程序分析：在收到开技术供水令(由机组LCU在开机过程中开出)且未收到停技术供水令(机组停稳即转速小于0.5%ne时由LCU开出)的情况下，若上导、下导、推力、水导、空冷冷却水中断信号同时存在，系统将判断为现供水方式不满足要求，切换至备用水源供水。因此，选择顶盖供水方式时，在机组停机过程中技术供水PLC会判断为“技术供水中断”而自动切至备用水源供水的备用供水即射流供水，是自动控制的正确结果，是正常现象。

但通过事件记录看出，收到停技术供令后SD304、SD308、SD309正常关闭，而SD325、SD326、SD327三个阀门在切换供水方式动作后直到流程结束，并未返回动作到位信息，结合运行人员现地检查，三个阀门确实停在中间位置。检修人员通过进一步分析技术供水程序，系统收到监控发出的停技术供水令即事件记录中的“3号机组开出第50点动作(3号机停机组冷却水及主轴密封水)”后，关闭相应阀门，如图2所示。

图2

程序中关闭的阀门不包括SD325、SD326、SD327，这是因为混流式水轮机一般在转轮上冠和顶盖之间都必须排水，三个阀门不动作是为了保证把转轮上迷宫漏水集中引出[1]，而 停技术供水令却复位了开技术供水命令ZJBL1[0]，如图3所示。

图3

在切换供水方式后所有阀门动作的前提是有ZJBL1[0]的存在，一旦此命令复位，所有阀门停止动作，故三个阀门SD325、SD326、SD327在动作过程中停在了中间位置，如图4所示。

图4

3 事件进一步分析讨论及防范措施

机组在顶盖供水方式下，导叶全关后，技术供水压力和流量必然会逐渐减小至中断，通常技术供水系统只采用流量开关的开关节点作为示流信号的判据，而流量开关可靠性较低也会造成系统故障[2]，天生桥一级水电站管道示流计采用的是德国TURCK公司生产的FCS-G1/2A4P-VRX/24VDC、该型号产品曾在其他机组做过实验，冷却水中断信号的压力值约为0.1 MPa，能够准确可靠报出技术供水中断信号；导叶全关后，机组转速降低。此时需要在合适的转速区间经电气制动或混合制动将机组快速停稳，避免低转速下长期运行对推力瓦的磨损。而在顶盖供水方式下，导叶全关后，技术供水压力和流量必然会逐渐减小至中断。此时及时切换至备用水源供水，可以持续对各部轴承尤其是推力轴承进行散热，也是有利的。

停机过程中切换备用水源供水是非常有必要的，而停机过程中阀门停在中间位置则为非正常状态，针对此现象，检修人员重新梳理程序，决定在系统收到停技术供水令后加一个中间变量T-LCU，两分钟延时后开出停冷却水令ZJBL1[11]关闭相应阀门，因为阀门动作超时时间为两分钟，延时两分钟可以保证阀门动作到位，程序改动如图5。

图5

4 结 语

我们注意到天生桥一级水电站采用了顶盖供水、射流供水、减压供水三种相结合的方式，顶盖供水是在顶盖以某一半径的圆周上开一定数量、大小合适的取水孔，将转轮与顶盖之间间隙的渗漏水引致水轮机的机墩外，仅用少量的取水管路便可将冷却水引至各用水设备[3]。查阅相关资料，顶盖供水在设计之初主要考虑到占地面积、维护工作量等诸多因素，对比其他供水方式，采用顶盖供水每年可减少冷却水用量约2 000万m3，如果这些水用于发电，每年可获得将近120万的效益，但是顶盖供水不仅与水轮机水头和流量有关，还与水轮机的结构密切相关[4]，某电厂曾发生过用顶盖取水作为技术供水来调相运行时，机组推力瓦温升高，使本来就逼近报警值的瓦温和油温更加处于风险边缘，同时机组主轴密封水漏水量增加，3台顶盖排水泵同时启动也无法控制水位的现象[5]，因此水电站可采用顶盖供水用作主供水方式，其他方式相结合的方案，这样既节约了成本，又保证了冷却水供水的可靠性。