浅析灯泡贯流式机组出现的故障及处理措施

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析灯泡贯流式机组出现的故障及 处理措施 中图分类号：TM72 文献标识码： A 文章编号： 中国论文网 /2/view-12867877.htm 摘要：随着我国社会经济的快速 发展和科学技术的不断进步，灯泡贯流 式机组广泛应用于我国水利设施当中。 但灯泡贯流式事故却时有发生。因此， 本文结合工程实例，通过对工程相关实 际情况的介绍，针对灯泡贯流式机组在 运行过程中出现的故障进行深入分析， 并提出合理有效的处理措施。为其他类 似机组出现故障现象提供参考和借鉴。 关键词：灯泡贯流式机组；故障； 检查；处理措施 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 Abstract: with the rapid development of our social economy and the improvement of science and technology, the light bulb tubular turbine units are widely used in our country of water conservancy facilities. But the bulb turbine accident but occur frequently. Thus, in this paper, combined with the engineering practice, through to the actual conditions of the engineering related is introduced, in view of the bulb turbine units in operation appeared in the process of failure analysis, and put forward the reasonable and effective treatment measures. For other similar units malfunction provide reference for the phenomenon. Keywords: light bulb tubular turbine units; Fault; Check; Processing measures -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 近年来，随着现代科学技术的 进步，设计制造加工能力等到了不断的 完善。灯泡贯流式机组正向着大容量、 高水头和大尺寸的方向发展。由于机组 具有流量大、效率高、建设工期短和投 资成本低的优点，也被广泛应用于水利 设施行业当中。但是，某些贯流式机组 在运行过程中经常出现事故，也暴漏出 了在设计制造安装上存在的问题。因此， 针对灯泡贯流式机组在运行过程中出现 的故障进行分析，并寻找有效的处理措 施是十分有必要的。这对于确保灯泡贯 流式机组运行的安全性、稳定性、经济 性具有重要意义。 1 工程概况 某工程一座以发电为主，兼顾 航运、灌溉、调水压咸等综合效益的特 大型水利设施。采用灯泡贯流式水轮发 电机组，总装机容量 1542MW，设计 年发电量 30 亿 kW h，是该地区目前 唯一的大型骨干电源支撑点，也是目前 世界上已建成装机台数最多、容量最大 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 的灯泡贯流式机组电站。电站采用 220kV 电压等级三回出线联结南方电网， 发电机出口采用 13.8kV 电压等级三机 （机组）一变（主变）扩大单元接线， 机组分别由天津阿尔斯通、东方电机、 哈尔滨及东芝电机生产，水轮机转轮直 径分别为 7.5m 和 7.45m 额定输出功率 42.94MW，额定水头 9.5m，额定流量 分别为 497.5m3/s、492.5m3/s、498.1m3/s，所 有机组允许最大工作净水头 16m，最小 工作净水头 3m，发电机额定容量 45.65MVA，额定功率因数 0.92，允许 用提高功率因数的方法把发电机有功功 率提高到额定视在功率运行，发电机应 能在进相深度达 0.95 下长期运行，水轮 发电机组额定转数 75r/min。 2 有功功率大幅度波动的故障现 象 该水利设施 6 号发电机组在计 划性小修结束投入运行后，当将机组有 功功率运行至 38MW 及以上时，机组 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 有功功率突然产生周期性大幅度波动， 功率波动范围为 3442MW，调速系统 难以稳定，导叶开度在 69%75%、桨 叶开度在 79%83% 之间不停地抽动， 机组振动剧烈，油压装置的主用油泵长 期打压运行，备用压油泵频繁启动，机 组上位机显示监控不断对 6 号机组调速 器发出“增有功动作 ”和“减有功动作”命 令，6 号机组有功增设值越大，其有功 功率的波动幅值及机组振动也越大，6 号机组已无法安全、稳定运行至额定有 功功率（42MW） ，对 6 号机组调速器 进行 A 套、B 套控制调节切换，故障现 象未能消除，运行工作人员只能将 6 号 机组有功功率限制设定在 32MW 范围 内稳定运行。 3 有功功率大幅度波动的检查、 处理及分析 3.1 6 号机组调速器的检查 检修工作人员至现场，首先对 6 号机组调速器进行检查。再次将 6 号 机组有功功率设定运行至 38MW（即出 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 现故障现象工况）时，将 6 号机组调速 器控制由“自动 ”控制切换至 “手动”控制 状态，调速器抽动状况消失，机组导叶 开度和桨叶开度数值稳定，开度反馈状 况良好，调速器各机械状态良好，机械 液压控制系统无明显“ 零”位漂移现象， 调速器本体控制稳定，油压装置工作恢 复稳定，机组振动状况在一定程度上有 所降低。但此时 6 号机组的有功功率数 值仍然周期性大幅度波动，故障现象依 然存在。鉴于机组调速器是由机组监控 系统采用脉冲控制，即监控系统将有功 设定值与实时运行值比较，当差值超过 死区值（2MW）时，则对调速器发出 脉冲调节，使有功功率达到设定值，因 此检修工作人员将 6 号机组监控系统的 “增有功”和“减有功”继电器退出，再将 6 号机组调速器控制由“ 手动 ”控制切换 至“自动”控制状态，调速器本体运行状 况依然稳定，未发生抽动现象。经确定 6 号机组监控系统“ 增有功 ”和“减有功” 继电器良好及动作正常后，分析认定 6 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 号机组调速器在“ 自动” 控制时的抽动是 由于机组有功功率数值大幅度波动，不 能稳定至设定值要求范围内，当出现有 功功率数值高于或低于设定值时，6 号 机组监控就不断向调速器发出“增有功” 和“减有功”脉冲调节命令，导致 6 号机 组调速器在“ 自动” 状态时的不断调节动 作，形成类似抽动现象，因此确定机组 调速器本体运行稳定，调速器导叶 PI 闭环调节的反馈与控制系统工作正常， 故障现象不是调速器的原因。 3.2 6 号发电机监控系统功率采集 变送器装置及接线回路工作的检查 将 6 号机组监控“增有功” 和“减 有功”脉冲继电器退出，使 6 号机组调 速器本体处于稳定运行状态，检查发现 功率采集变送器装置的有功功率数大幅 突变波动、无功功率数值轻微波动（无 功功率在正值输出状态） 、转子电压和 电流数值有轻微波动、定子电压稳定在 额定数值、定子电流数值有大于 10%的 突变波动，功率采集变送器装置工作温 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 度正常、外部接线良好，在做好电压回 路防短路、电流回路防开路措施后，对 功率采集变送器装置及回路测试，测试 结果表明功率采集变送器装置及回路无 其他各种电磁干扰信号、数值显示准确、 装置运行稳定，对发电机 PT 二次回路 及测量 CT 二次回路检测发现发电机 PT 二次回路电压能稳定在正常值（100V） ， 测量 CT 二次回路三相电流对称，但电 流值周期性大幅波动（波动电流数值超 过 10%） ，对本发电机其他组 CT 二次 回路三相电流测量表明，本发电机其他 CT 二次回路三相电流也一样大幅波动 （波动电流数值超过 10%） ，对同单元 其他运行的发电机 CT 二次回路三相电 流值检测稳定。检查分析确定 6F 发电 机监控系统功率采集、变送器装置及回 路工作正常、无干扰信号、数值准确、 装置运行稳定，发电机 PT、CT 工作正 常，发电机有功功率的波动不存在受电 气反馈数值和电气系统影响因素，确定 6F 发电机确实存在真实电流的大幅波 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 动。 3.3 6 号机组电气及励磁系统 的检测观察 由于 6F 发电机在此次运行前进 行了发电机集电环的检修工作和励磁装 置的维护工作，且存在无功功率数值、 转子电压和电流数值有轻微波动，因此 初步认为发电机的电流波动存在电气因 素，破坏了发电机运行的静态稳定性。 于是 6 号机组停机后，对发电机励磁系 统检测，在确认发电机集电环、碳刷、 励磁调节系统及回路良好后，对发电机 进行零起升压至空载特性试验和主轴产 生的感应电势及轴电流检测，通过对试 验观察表明，升压、降压调节过程中的 各对应点的励磁电压和电流、发电机电 压和电流、轴感应电势及电流等数值与 发电机历史数据数值趋近（只是误差） ， 各参数符合厂家设计要求，测试结果确 定发电机转子线圈及回路良好，定子铁 芯无局部短路现象，定子线圈及回路良 好，发电机气隙均匀状况符合设计安装 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 及正常运行要求，励磁调节系统工作正 常、稳定，无功功率轻微波动是由于机 组有功功率大幅度波动造成机组运行电 气功角特性变化、调整而产生的，基本 排除发电机存在电气故障。 3.4 6 号机组故障工况时的水力工 况检查 确定发电机功率波动非电气因 素后，对水轮机水力波动、机械工作状 况检查，发现发电机在有功功率大幅波 动工况区运行时（已保持调速器稳定） ， 尾水管压力及压力脉动表均有轻微周期 性异常振动和摆动，而其他机组的各压 力则相对稳定，判断可能是由于水力因 素造成功率波动，故将 6 号机组调速器 的机组工作水头由自动采集控制更改为 人工设置，机组当前运行水头值由 10.5m（此时上游水位 19.6m、下游水 位 9.3m）修改为 9.0m，从而改变机组 运行协联状况，使机组导叶开度和桨叶 配合开度发生改变，改变了导叶和桨叶 间水力入冲角的水力运行状态，此时， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 机组尾水管压力及压力脉动均趋于稳定， 发电机有功功率和无功功率数值稳定， 机组振动状况迅速稳定至允许范围内， 发电机运行工况稳定，故障现象消失， 经对发电机组运行负荷的多次调节、观 察，发电机能够稳定的运行在额定功率 （42MW） ，确定故障确已消除，此次 6 号机组有功功率大幅度波动现象是由 于机组在实际运行中的协联工况不良所 致。 4 灯泡贯流式机组在实际运行中 协联工况产生破坏的主要因素 （1）灯泡贯流式机组运行水头 低、单位流量大、机组间距小，易受运 行机组的台数影响，造成机组水力损失 及动态变化较大，机组运行的采集测量 水头与机组实际运行净水头有一定误差， 一定程度上影响了机组在实际运行中的 协联状况； （2）受灯泡贯流式机组过水流 道结构特性的决定作用，机组运行水力 状况极容易受到多种因素的影响，机组 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 工作在毛水头接近（或低于）额定工作 水头时，一旦出现机组进水口栏污栅堵 塞或泄洪闸泄水流态改变等情况，机组 的水力流态、水能损失、过水流量受限、 不平衡水力及引水旋涡对机组运行的净 水头能量影响很大，破坏了机组实际运 行的稳定性和协联工况； （3）灯泡贯流机组运行的协联 曲线仍采用了厂家设计的模拟协联曲线， 尚未根据现场实际的具体情况，对运行 机组的协联曲线进行必要的校验、修试、 补偿，导致一些机组运行的协联自动控 制不完全适宜现场的实际状况； （4）灯泡贯流式机组在实际运 行中会由于水头在测值方面的数值误差、 导叶或桨叶开度反馈在测值方面的数值 误差造成机组在实际运行中的协联状况 变化； （5）灯泡贯流式机组在实际运 行中也会由于机组个别导叶机械故障， 导致该导叶失控，造成机组在运行中的 协联破坏； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 （6）灯泡贯流式机组调速器机 械液压控制机构“ 零” 位漂移，导叶或桨 叶开度维持稳定性降低，造成的水力波 动或水力入冲角变