关于水电站机组试运行技术分析探讨

摘要：本文通过对自己参加建设的水电站机组调试及试运行期间水导摆度接近上限值以及手动开机和自动开机工作门落门停机的问题进行了深入透彻的原因分析，提出切实可行的合理处理方案并取得良好的效果，保证了机组的安全运行，规避了对国家电网冲击的风险。

关键词：水电站机组试运行;工作门落门停机，故障原因分析;解决方案;设备安全运行。

1 工程概况

某参建水电站是137m高的碾压混凝土大坝，其溢流式溢洪道位于大坝的中部。两条导流洞中的一条在蓄水期间改作为大坝检修时的放空洞，所有水轮机全部停机的状况下通过此洞向下游泄水。发电厂房位于大坝左岸坝脚。水力发电系统包括4个发电进水口，4条压力钢管。共装有4台混流式水轮机组，总装机容量为790MW，单机容量为197.5MW主机设备由Voith Siemens（福伊特西门子）设计制造提供。机组监控系统由手动控制盘柜、LCU监控单元屏、远程I/O接口单元屏、现地测量元件（即数据采集元件：压力传感器P、温度传感器RTD、位移传感器L、流量传感器Q以及振动监测传感器等）组成。位于厂房下游侧的主变压器和位于大坝左岸厂房下游大约550米处的露天升压开关站用230kv输电线路连接。电站通过双回路输电线路连接到国家变电站。

2 机组运行实际情况及出现的问题

水电站2#机首次启动后，立即进行瓦温试验，运行大约3小时30分钟，由于上导瓦温偏高，要求机组停机进行检查。机组首次启动各监测数据见表1，在额定转速下，上导摆度为0.06mm，下导摆度为0.069mm，水导摆度为0.149mm，上机架的水平振动为0.079mm，满足设计要求。

在对机组检查处理并采取相关措施后，机组再次启动，机组瓦温稳定后，进行了自动开停机试验和发变组升压试验。机组瓦温记录见表4，发变组升压试验过程的振动及摆度见表2。在额定转速下，推力瓦温最高为61.91℃;。在额定励磁电压下，上导摆度为0.059mm，下导摆度为0.083mm，水导摆度为0.183mm，上机架的水平振动为0.069mm，满足设计要求。

随后机组进行带负荷试验，每次加20WM，机组带目前水头下最大负荷130WM运行了8分钟，因剪断销剪断信号机组停机。机组带负荷运行参数见表3。机组带目前水头下最大负荷时，上导摆度为0.065mm，下导摆度为0.092mm，水导摆度为0.239mm（小于0.26mm），上机架的水平振动为0.065mm，满足设计要求，但水导摆度接近上限值。可查看以下列表数据。

同时，该机调试运行期间，手动开机和自动开机的过程中多次出现了机组工作门自动落门造成紧急停机的问题。在随后的手动开机试验中，当机组转速到达75%时，进水口工作门突然落下，联动事故配压阀，机组被迫停机，整个过程中监控未收到任何跳机信号，停机后检查未发现异常情况。我们再次开机，转速到达30%时，进水口工作门再次落下，整个过程中监控也未收到任何跳机信号。随后又开机进行瓦温稳定试验时，机组正常运行20分钟后再次落门停机。由于机组现地LCU和中控室的计算机监控系统内都未能查找到落工作门的相关信号记录，导致查找原因和处理问题的困难，进而对机组正常运行并投产发电造成了影响。

3 原因分析和探讨

根据以上试验得出的结论是：机组轴线调整已基本合格，机组运行的瓦温和摆度值符合设计要求。

对存在的两个主要运行问题，进行了深入、进一步的分析，a）第一个问题是水导摆度接近上限值。

1）水导摆度接近上限值的原因，根据表1、表2和表3绘制机组转速试验、励磁试验和负荷试验结果图见图1所示。

图1中A1为上机架水平振动曲线，B1为水导摆度曲线。从图1的曲线初步分析可以得出以下结论：

（1）当转速增加时，上机架的水平振动和水导摆度均有較小的增大，但变化幅度很小，可以视为转动部分基本平衡。

（2）当励磁电流增加时，上机架的水平振动不变，水导摆度在Y轴方向基本不变，X方向由于摆度存在跳动，稍有增大，但变化幅值较小，说明定子与转子间的间隙基本是均匀的。

（3）当负荷增加时，上机架的水平振动稍有减小，但水导摆度增大（在振动区76.1WM 变化明显），其振源可能来自水轮机的水力不平衡，也可能是因轴承间隙过大、主轴过细、轴的刚度不够所引起。

（4）根据以前所做的调相试验的结果，机组在调相运行时，机组的振动、摆度均很小，因此可以基本得出：在机组带负荷运行时，水导摆度大是由于水轮机的水力不平衡造成的。

b）第二个问题是手动开机和自动开机过程中多次出现工作门自动落门造成机组紧急停机机调试运行期间，对于在手动开机和自动开机过程中多次出现工作门自动落门造成机组紧急停机的状况，进行了落门停机原因分析如下：

这几次非正常落门监控系统都没有收到任何的事故信号，但在停机后的检查中发现落门继电器9ZJ动作（带手动复位指示装置），但无法确定信号来源。

根据机组手动控制回路设计原理图，快速落事故工作门的信号来源有6个（见下图）：

机组过速160%，信号取自于调速器转速继电器;

剪断销剪断，信号取自于安装在活动导叶拐臂上的剪断销监测装置;

水位水淹厂房，信号取自于安装在厂房底层的水位传感器;

手动紧急停机，监控柜和调速器柜都设有紧急停机按钮;

压力钢管漏水量大;信号取自于安装在进水门处的流量计，监控系统通过程序计算判断流量是否过大;

伸缩节室水位高，信号取自于安装在伸缩节室的水位计。

在上述条件中，紧急停机按钮在停机后检查中动作可靠，开机过程无人动作紧急停机按钮，故此信号不可能造成落门，此外，经现场查看，确认伸缩节室水位高的信号在手动控制盘柜内没有接线，也就是此信号没有接入落事故工作门停机回路，也不可能造成落门停机。因此，造成落工作门停机的可能原因只剩下机组过速160%、剪断销剪断、水淹厂房、压力钢管漏水量大4个信号。

根据计算机监控系统的设计，机组过速160%和剪断销剪断的信号引入监控系统，但在几次落门停机的过程中都并未出现以上两个信号。根据现场检查，剪断销剪断信号误动的可能性较大，机组过速160%可能性较小，监控系统没有记录原因待查。压力钢管漏水量大这个信号来自监控系统自身程序运算结果，但监控系统中未动作有记录，其动作可能性也较小。此外，水淹厂房这个信号若动作，会造成4台机组跳机，其单独造成该机落门停机的原因极小。经过初步分析，推测剪断销剪断的信号造成落门停机的可能性较大，并对剪断销信号进行了重点检查：

现地元器件部分：剪断销监测装置设计采用的是接近开关，共有24个剪断销位置开关。当出现剪断销剪断的情况时，接近开关变位，并通过尾部接线插头的信号线传至水轮机辅助控制柜，然后经过柜内的PLC模块上传至监控系统的手动控制屏。在检查过程中发现，接近开关尾部接线插头有松动的情况，二次电缆的余量偏小，晃动会造成信号跳变，可见，在机组开机运行期间由于震动或者接力器开度增大使导叶拐臂的角度增大都可能导致接近开关信号跳变造成误发信号。

软件部分：为确认计算机监控系统内剪断销剪断信号记录的可靠性，调试人员对此信号进行了模拟试验。试验结果表明，在对剪断销信号的三十次不同长短时间的模拟动作中，只在监控系统中出现5次信号记录，由此猜测，监控系统可能对信号进行了滤波处理，只有一定时间长度的信号才会被记录。但是在实际机组运行过程中，无论信号长短，一旦出现剪断销剪断信号，通过硬接线直接落工作门停机。

4 解决方案及建议

通过对以上问题的分析，特提出以下解决方案和建议：

1）设备制造厂家根据机组的运行情况分析引起水力不平衡的具体原因，采取针对性相关措施;由于是在水导轴承处的振动比其它部位较为明显，则可能是蜗壳、导叶及转轮中的水力不平衡（该水力不平衡主要来自于蜗壳、导叶中的不均匀流场和导叶开口不均匀，转轮线型、间隙、开口不均匀）所引起的机组振动;

2）机组在做瓦温稳定试验时，水导最高瓦温为43.91℃，因此建议水导抱瓦间隙还可以适当减少，以减少水导的运行摆度。

3）如有必要检查水发大轴连接螺栓的紧度、转轮与水轮机大轴连接螺栓的紧度是否满足设计要求。

4）装在活动导叶拐臂上的监测剪断销剪断的接近开关工作稳定性不够，易在机组运行过程中由于震动而引起信号跳动变位，并直接出口落门，造成机组停机。监控系统对剪断销剪断信号做了滤波处理，无法记录到信号瞬时跳变，但剪断销剪断信号无延时直接出口停机，這对事故后的分析处理带来困难。对接近开关尾部的电气接线头建议进行焊接，同时用φ6mm钢筋制作“┍”形角架，焊接在拐臂的适当位置上，用以固定电缆。在机组水轮机辅助控制柜内的PLC模块内修改有关程序，将剪断销剪断信号加入延时（具体延时时间，由厂家确定），以躲过信号跳动带来的误发信号，来加强剪断销信号的可靠性。

5 处理效果及意义

经与主机厂家的协商讨论，通过以上的处理，水导摆度大大减少，并对剪断销信号按以上建议方案进行了处理，处理完成后开机调试运行，开机过程中未出现剪断销误信号落门停机的情况。

工程技术人员对电站机组调试及运行期间水导摆度接近上限值以及手动开机和自动开机工作门自动落门造成机组紧急停机的问题进行了深入透彻的原因分析，提出切实可行、合理的处理方案并取得良好的效果，保证了机组的安全运行，规避了对国家电网冲击的风险。

6 结束语

因此，为了电网的安全和设备运行的安全，我们要对可能造成停机的信号务必进行细致的技术认真分析，确保各设备其动作的可靠性，防止误动，避免事故的发生。我们工程技术人员在调试运行中一定要严把质量关，将运行中出现的问题深入分析及时处理。目前，水电站机组运行正常。

作者简介：刘华国，出生年月：1977年10月1日，性别：男，民族：汉，籍贯（**省**市）：湖南省邵阳市，学历（位）：大专，职称：工程师，研究方向：电气试验及调试。