探讨水电站水轮发电机组运行中甩负荷危害及应对措施

周怀生

（欧阳海灌区水利水电工程管理局，湖南 耒阳 421800）

针对一些规模较大的水电站水轮发电机组来讲，由于其内部结构复杂程度比较高，一旦设备出现运行甩负荷故障，会严重影响水电站水轮发电机组的正常运行，降低水电站的经济效益。为了保证水电站水轮发电机组运行更为稳定，文章重点研究水电站水轮发电机组运行中的甩负荷危害与应对方案。

1 科学应对水电站水轮发电机组运行中甩负荷危害的重要性

水轮发电机组作为水电站的核心系统，如果出现甩负荷现象，会降低水电系统的运行速率，能源利用率不断下降，供水水平下降，无法满足当地居民的用电需求。通过合理解决水电站水轮发电机组运行甩负荷危害，能够保证水电系统的可靠运行，各项能源得到高效转化，满足当地居民的日常用电需求。

水电站水轮发电机组在运行的过程之中，部分设备会出现故障，对水电站的安全运行产生较大影响，为了保证水轮发电机组能够稳定运行，相关技术人员要明确水轮发电机组出现甩负荷故障的原因，并采取科学的应对措施，尽可能地减少甩负荷危害的持续时间，保证水电系统实现高效运行，为当地居民提供更为优质的电力服务，保证水电站的经济效益与社会效益得到良好提升。

2 水电站水轮发电机组运行中甩负荷危害分析

2.1 发电机转动部件离心力突然增加

因为水轮发电机组发电机转动部件离心力突然增加，转动部件的振动与摆渡数值超过规定数值，水轮发电机组内部的转动部分和静止部分产生较大碰撞，使得部件遭受到一定破坏。例如，发电机转子失圆和定子出现碰撞，水轮机转轮和转轮室出现碰撞现象等。

2.2 轴向推力出现显著变化

如果水轮发电机组出现甩负荷危害，发电机组的转速不断升高，轴向推力出现显著变化，特别容易引发以下危险。

第一，由于发电机组转速的不断升高，导叶开度不断减小，轴线水推力和转动重力呈反方向，若反方向轴向力超过规定数值，机组直接被抬起来，出现水泵升力抬机现象。

第二，水轮发电机组内部的尾水管出现负水锤现象，转叶下部产生较大的水锤压力，若负水锤现象比较严重，机组会直接被抬起来。出现抬机现象之后，水轮发电机组转动部分会不断上升，待转动部分下降之后，镜板和推力瓦出现较大撞击，推力瓦出现大面积损伤，镜板出现较大变形[1]。

2.3 导瓦与推力瓦出现大面积损坏

如果水电站水轮发电机组运行过程中出现甩负荷现象，导瓦与推力瓦很容易出现损伤，一些固定的连接螺栓出现松动或者破断，尾水管出现大面积的裂纹，使得机组设备出现严重损坏。若水电站水轮发电机组运行过程中的压力管道水压快速升高，机组的蜗壳、管道会出现破裂。

3 水电站水轮发电机组运行中甩负荷危害的应对措施研究

3.1 水电站水轮发电机组甩负荷表现形式

水电站水轮发电机组运行过程之中，因为某些原因出现甩负荷现象，或者因为变电站开关出现故障，产生跳闸现象，使得运行机组快速与电网脱离，发电机转速快速提升，机组发出异常的运行声音，发电机组出现较为显著的过电压现象，此种现象被技术人员称作水电站水轮发电机组甩负荷现象。

如果水电站水轮发电机组出现甩负荷现象，因为机组的机械能不能够有效地转换为电能被输送，机组动力矩超过了其阻力矩，使得机组转速越来越高，引水管的水压不断提高。机组中的各项保护装置处于良好的运行状态，机组转速提升到最大数值之后，在调速器的控制之下，导叶会呈现快速关闭现象，机组转速缓慢下降，最终进入到稳定状态[2]。

若水电站水轮发电机组运行出现故障，发电机会突然将全部负荷甩出，在此期间，调速器若出现故障，或者水轮机导叶无法有效的关闭，机组转速会随着对应开度的不断升高而提升，最终超过额定的转速，机组发出较大的声音，其内部出现较大破坏。通常来讲，机组的飞逸出转速会达到额定转速的2.7倍左右，甩负荷之后，水电站水轮发电机组的转速突然提升，机端电压明显提高，引水管水压突然上升，机组设备与压力管道安全性受到较大影响。

水电站水轮发电机组运行中出现甩负荷危害主要表现在以下几方面。

（1）水轮发电机组运行发出超速的运转声音。

（2）水电站水轮发电机组的无功功率与有功功率，或者定子电流短时间内没有指示，发电状态指示灯熄灭，出口位置的断路器出现分闸现象。

（3）自动测控后台机发出报警信号，显示器事故窗口界面直接弹出，音响发出较为低沉的报警声。

（4）发电机指示灯呈现熄灭状态，如果线路出现跳闸，机组的供电突然中断。

3.2 水轮发电机组甩负荷危害产生原因

（1）水电站水轮发电机组出现励磁或者电气事故之后，机组会发出一系列的保护动作，发电机出口断路器立即跳闸。

（2）水电站水轮发电机组调速器的油压装置发生较大故障，低油压引发紧急停机现象，发电机出口位置的断路器出现跳闸现象。

（3）主变压器的保护动作异常，或者机组内部线路出现较大故障，使得主变或者线路断路器出现跳闸[3]。

（4）保电力系统自身故障，使得水电站水轮发电机组内部线路开关发生跳闸。

3.3 日常的应对方案

对于相关技术人员来讲，要明确水电站水轮发电机组出现甩负荷故障原因，并制定完善的应对措施，帮助发电机运行管理人员在值班期间，能够更好地应对各项突发事故，保证机组和水电站建筑物出现的甩负荷故障得到更好处理。水电站水轮发电机组运行甩负荷危害的日常应对方案如下。

（1）中控室值班人员一旦发现水电站水轮发电机组运行异常，要快速检查出口开关，观察灭磁开关是否处于断开状态，如果励磁开关没有断开，则需要采取手动方式断开。增加直流应急照明设施，对柴油机发电机应急电源进行全面检查，实现快速恢复供电。

（2）对于机旁值班人员来讲，要对调速器进行科学检查，判断调速器的开度是不是满足具体规定，如果调速器没有出现任何动作，值班人员需要马上按下快关电磁阀手动按钮，保证导叶关达到空载开度[4]。如果情况比较紧急，值班人员可以按下紧急停机电磁阀的手动按钮，将导叶全部关闭。

（3）为了避免调速器因为故障无法动作，或者导叶剪短销剪断比较多，水电站水轮发电机组无法减速与停止运转，值班人员需要马上安排专业人员前去关闭池机组进水快速闸门。

（4）水机层值班人员在实际工作当中，要在规定的时间内完成顶盖排水工作，并在最短的时间内达到电机层，与机旁人员积极配合。

通过采取合理的应对方案，能够保证水电站水轮发电机组更为安全的运行，例如，在某水电站当中，运用良好的机组甩负荷危害应对方案，水电站的经济效益有了显著的提升，具体见表1。

表1 应用良好应对方案后水电站经济效益对比/%

3.4 制定完善的预防方案

为了保证水电站水轮发电机组运行中的甩负荷危害得到更好处理，制定良好的预防措施至关重要，相关技术人员可以从以下几方面入手，具体见表2。

表2 预防方案分析

4 结语

综上，通过对水电站水轮发电机组运行中甩负荷危害的应对措施进行合理介绍，例如明确水电站水轮发电机组甩负荷表现形式、水轮发电机组甩负荷危害产生原因，提出日常应对措施与预防措施等，能够保证水电站水轮发电机组更为可靠的运行。