紫兰坝水电站机组蠕动原因浅析与处理

方小彦

（华电四川发电有限公司宝珠寺水力发电厂，四川 广元628003）

紫兰坝水电站位于四川省广元市，是白龙江干流梯级开发规划中最后一个梯级电站，河床式开发，共安装3台三相同步、卧轴灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量102 MW，保证出力29 MW，年发电量4.41亿kW·h。发电机技术规范：型号SFWG34-44/6020，额定容量34 MW，额定电压10.5 kV，额定电流 1 968 A。水轮机技术规范：型号 GZ（836）-WP-535，额定出力35 MW，最大水头19.9 m，最小水头8.1 m，额定水头15.4 m，额定流量246.8 m3/s，额定转速136.4 r/min。发电机组合轴承由正反推力轴承和径向轴承组成，径向轴承采用分块瓦线支撑结构，下部设4块工作瓦，上部设2块辅助瓦，径向瓦采用高位油箱自重力供油和瓦面进油边表面开槽入油的润滑方式；组合轴承正常运行时除采用冷却油喷淋方式冷却，在启动及停机过程中由高压油系统将机组的转动部分顶起，轴承供油循环方式为：高位油箱—水导轴承—低位油箱—油冷却器—高位油箱，轴承油箱内基本不存油。发电机制动采用机械制动方式，停机转速降至25%额定转速时投入，制动气压在 0.5～0.7 MPa。

1 机组蠕动情况

2016年6月4日21：30，根据日发电计划，紫兰坝电站中控室执行3F机组“发电转停机”流程，21：31解列，上位机简报“3F机组转速未小于1%，流程退出”，机组处于不定态，机组有6.8%的转速，监控画面显示机组大轴仍在缓慢转动，机组辅助设备在运行状态，现地检查制动气压0.68 MPa，风闸已在投入状态。复归风闸后手动加闸，机组转速6.1%，机组处于不定态，机组仍蠕动，令ONCALL人员将机组手动开至“空转”态，切除3F机组协联，中控再次执行“空转转停机”流程，机组停稳。紫兰坝电站1F机组、2F机组、3F机组均多次出现过蠕动现象。

2 造成紫兰坝电站1F机组、2F机组、3F机组蠕动的可能原因浅析

（1）导叶被杂物卡住关闭不严，漏水严重引起机组蠕动。紫兰坝电站地处山区，库区植被茂密，枯枝朽木较多，到汛期的时候，山沟水量增大，大量漂浮物被冲至水库，虽然每台机组前面都装有拦污栅，但若清渣不及时，便会有杂物被冲入流道，进入水轮机组的导水机构，另外，在拦污栅清渣过程中，也可能有较大漂浮物进入流道卡在导叶之间。

（2）导叶磨损严重，导叶间隙增大。导叶的磨损是无法避免的，当导叶因磨损而间隙增大后，会使水轮机在停机状态时漏水量增加。漏水量的增加，又加剧了间隙汽蚀的破坏，使导叶间隙变得更大，若漏水特别严重，水轮机在停机导叶关闭后，较大的水流冲击转轮时就可能使水轮机转动部件缓慢转动，出现蠕动。

（3）导叶控制环抗磨板磨损严重。导叶控制环频繁动作，极易造成控制环滚动面的磨损，卧轴灯泡贯流式机组控制环抗模板磨损严重，会导致控制环和外配水环同心度发生偏移，造成不同心，影响导叶开度，使导叶关闭不严，引发机组蠕动。

（4）加闸系统故障。紫兰坝电站采用机械制动方式，停机转速降至25%额定转速时，投入8块风闸将转子顶起，从而快速停稳机组。若风闸系统出现故障，机组转速降至加闸转速后不能进行自动加闸，机组惰性停机，机组就可能长时间在较低转速下蠕动。

（5）弹簧连杆断裂脱落。紫兰坝水轮发电机导水机构采用的是弹簧连杆与普通连杆间隔布置方式，正常情况下，弹簧连杆起普通连杆的作用，一旦导叶被异物卡住，弹簧连杆的弹簧因受力超过允许值使弹簧连杆曲折产生位移，若受力过大，弹簧连杆就可能断裂。受断裂弹簧连杆控制的导叶在连杆断裂后不再受到控制，无法关闭，导致机组停机过程中大量水流通过导叶，造成蠕动。紫兰坝电站1F机组发生过一次弹簧连杆断裂脱落，2F机组发生过两次弹簧连杆断裂脱落，3F机组发生过一次弹簧连杆断裂脱落。

3 运行人员遇机组蠕动可采用的应急处理方法

卧轴灯泡贯流式水轮发电机轴承油箱内基本不存油，机组停机流程退出后，润滑油系统停止工作，若机组出现蠕动，此时大轴仍然转动，如果轴承与轴瓦之间已无油膜，就可能出现轴承干摩擦，引发烧瓦事故，烧瓦事故发生后，检修工作量大，机组将很长时间不能运行，会对水电厂造成很大的经济损失，故卧轴灯泡贯流式机组是绝不允许长时间蠕动的，运行人员在工作过程中一定要加强监视，发现机组蠕动，可根据蠕动出现的原因，采取以下方法将机组停稳。

（1）引起蠕动的原因为导叶磨损严重或导叶控制环抗磨板磨损严重，这两种缺陷一般短时间没办法消除，且基本上停机便会出现蠕动，但将机组协联关系切除后能正常停机。这种情况下，停机之前通知ONCALL人员配合，手动启动制动低压空压机，将制动气压打至制动气系统最高压力值即0.7 MPa，中控室上位机启动××机组“发电态转至空转态”流程，确定机组已在空转态后，令ONCALL人员将机组调速器协联切除，然后将调速器恢复至“远方”“自动”，中控室上位机发机组停机令，观察××机组转速下降情况，将监控摄像头调至机组大轴处，监视大轴转动情况，确定机组停稳流程退出后，手动将××机组风闸顶起，保持制动闸块投入状态，协联保持切除状态。开机组前，上位机先单点投入润滑油系统、高压油顶起油泵，再释放制动闸块，投入协联关系。之所以切除协联，是因为如果协联不切除，停机完成后，轮叶会自动打开到初始设定值55%处，若此时导叶漏水大，就可能使轮叶转动，在空转态将协联切除，协联关系破坏，轮叶将保持空转时的开度即全关状态，这样即使有水流通过导叶，此时水流冲击轮叶的角度已变成不易将轮叶冲转的角度，减小了转动的可能。

（2）机组蠕动的原因是导叶被杂物卡住。这个原因引起的机组蠕动一般出现在坝前漂浮物较多时或者刚清理完拦污栅后，若此时机组辅助设备未退出，机组转速比较低，可单点退出高压油顶起装置，检查机组转速下降情况，若机组仍不能停稳，可现场确认制动系统无故障，制动气压正常后，再次手动投入制动闸，监视机组转速呈下降趋势，若转速下降机组停稳，则保持制动闸块在顶起状态，下次开机时再将闸块释放。若机组仍然停不稳，应立即投入机组减载泵，释放制动闸，现地手动将机组开至空转状态，通知检修人员落门停机。

（3）导叶漏水是无法避免的，导叶即使在关闭状态下也并不能完全密封，若是导叶漏水较大导致机组在停机过程中转速较高，无法下降至投入加闸的25%额定转速，待停机流程超时退出后，立即将机组开至“空转”，通知机修落门停机。

（4）若是加闸系统故障，导致机组在停机过程中无法加闸而造成机组蠕动，应立即将机组开机至空转状态，通知检修处理，待加闸系统恢复正常后再停机，若是加闸系统短时间处理不好，可通知检修落门停机。加闸系统故障的原因很多，比如：风闸管路系统故障，若是这种情况，应立即通知检修人员进行处理；空压机未自动启动，现场检查无异常后立即手动启动空压机，待储气罐气压正常后再检查气机不能自动启动的原因；自动加闸电磁阀故障，此种情况，可在转速下降至25%额定转速时手动投入风闸，待机组停稳后在通知检修人员处理。

（5）若是某个或者某几个弹簧连杆断裂脱落导致在停机过程中发生蠕动，观察机组转速下降情况，如果降至加闸转速闸块顶起后机组停稳，保持加闸状态，如果停不稳，将蠕动机组开至空转运行，通知检修落门停机。

4 紫兰坝水电站机组蠕动的主要原因及处理措施

根据统计，造成紫兰坝水电站机组蠕动的主要原因有导叶被杂物卡住和导叶控制环抗磨板磨损两项。导叶之间卡杂物主要发生在汛期，特别是坝前漂浮物大量堆积未得到及时清理时，采取的处理措施是将紫兰坝水电站拦污栅清理纳入定期工作，汛期的时候实行机动清渣，一旦坝前漂浮物增多，便找机会停机清渣。倘若杂物已经卡在导叶之间，可增大导叶开度用水流将其冲走，如若不行，停机进入流道将杂物取出即可。导叶控制环抗模板磨损是客观存在、不可避免的，紫兰坝水电站针对控制环抗模板磨损较快，采取的处理措施是定期更换。从运行效果来看，这两项措施的应用，较好地解决了紫兰坝水电站机组蠕动问题。

5 结束语

机组蠕动是比较常见的故障，运行人员若是遇到不必惊慌，只要大家在工作过程中加强监视，同时做好事故预想，发生机组蠕动事故，能在第一时间发现，并快速采取有效措施将机组停稳，基本不会造成较大危害。本文提出的灯泡贯流式水轮发电机出现蠕动现象后的停机方法，经过紫兰坝水电站运行人员实践，被证明效果显著，同类型水电站遇类似问题可加以参考、借鉴。