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飞来峡水电厂机组飞逸故障分析及处理(图文)

时间:2011-04-23  作者:秩名

论文导读:飞来峡水电厂位于广东省北江干流中游,清远市境内。在控制导水叶接力器主油路设置了旁通阀组,能在机组过速情况下动作,使开启腔和关闭腔快速平压,能在上述两项措施的同时作用下,实现导水叶的快速关闭。
关键词:飞来峡水电厂,机组过速,故障分析对策及防范措施
 

1.概述

飞来峡水电厂位于广东省北江干流中游,清远市境内。水电厂内安装有4台单机容量为35MW的灯泡贯流式水轮发电机组,主、辅机设备全套引进于奥地利ELIN公司。飞来峡4台水轮发电机组自1999年10月投产以来,发挥了较好的经济效益。但随着运行时间的增长,一些不安全的因素影响着机组的安全运行。2#机组在运行状态下曾出现电调跳闸信号,机组随即进入停机流程,在机组停机过程中出现过频跳闸、过速一段、过速二段(机械过速)跳闸信号。致使我厂机组因此需要申请临时停机并通知检修部门检查,一定程度上影响着发电计划。

2.故障现象

2.1 2004年4月26日2点29分,2#机组在负荷20MW加至35MW的过程中出现电调跳闸信号,在停机过程中出现过频跳闸、过速一段、过速二段(机械过速)跳闸信号。电调柜LCD显示当前故障为导叶位置传感器故障,在水轮机廊道检查发现2#机导叶位置传感器的钢丝绳已断开,机组灯泡体机械过速摆装置动作。

2.2 2007年4月1日19:37分,2#机组带35MW负荷运行时出现“过速二段(机械过速)”跳闸信号,机组甩负荷跳闸停机。

3.故障分析

3.1飞来峡水电厂机组设计上的原因

飞来峡水电厂4台机组的防过速装置主要通过以下措施实现:导水叶具有自关闭能力,并设置有关闭重锤;在控制导水叶接力器主油路设置了旁通阀组,能在机组过速情况下动作,使开启腔和关闭腔快速平压,能在上述两项措施的同时作用下,实现导水叶的快速关闭;4台机组也均设有机械过速飞摆和尾水事故闸门。

上述各类防机组过速措施在实际运用中,是联合成一个遵循一定控制规律的整体,在其各自功能的共同作下实现机组快速关闭导叶停机,从而达到控制过速的目的。但在实际运用中,虽有上述几类防过速措施,但因数字调速器及其外围设备存在某些设计缺陷,引起机组过速偶有发生。论文参考网。

3.2机组导水叶与轮叶失去协联关系,造成机组过速

对灯泡贯流转浆式水轮机,飞逸特性有两种情况。第一种情况是当丢负荷后,导水机构失灵,转轮叶片的操作机构也失灵,而且两者失去协联关系,飞来峡水电厂机组飞逸特性曲线如下图所示,在任一β角下导叶开度α0增加到某一较大值后,n1r不但不增加,反而呈下降趋势。一般当导叶全开而叶片转角最小时单位飞逸转速最高。

第二种情况是丢负荷后,调速机构失灵,导水机构和转轮叶片机构均失灵,但导叶开度和轮叶转角仍保持相应的协联关系。飞逸转速不是随导叶开度增加而增大,而是在最大单位飞逸转速n1r发生在某一较小的α0和β时。

飞来峡水电厂灯泡贯流式水轮机采用双调节,运行中转轮轮叶跟随导水叶按到一定的协联关系而动作,数字调速器通过β=f(α,H)函数关系计算出轮叶开度,其中α为数字调速器采集的导叶开度,H为采集的机组净水头,计算完全是由固化的软件完成。影响机组实际导水叶与转轮轮叶的协联关系主要取决于净水压力传感装置,导水叶、转轮轮叶位置传感器工作是否可靠。2004年4月26日2点29分,2#机组负荷从20MW加至35MW的过程中出现机械过速属于上述第一种情况,即在跳闸停机过程中导水叶与轮叶失去协联关系。根据监控系统的事件记录显示,2点28分52秒出现导叶位置最小开度限制动作,由此证明此时钢丝绳已断,2点29分09秒出现电调故障跳闸信号,位置传感器迟滞时间竟达17秒,即导水叶快速关闭时间已延后17秒。实际开度由给定值突变为100%(保持100%开度时间极短),接着突变为0%,且长时间保持为0%。导水叶开度由100%突变为0%时,此时导叶开度反馈值已小于空载开度(有功最低)。论文参考网。滞后的电调跳闸命令给出时,根据机械故障跳闸停机特征(机组快关阀动作,机组进入正常停机程序)。而机组并未真正将有功降至最低而甩负荷,此时的导水叶与轮叶处于完全失控状态。

那么根椐飞来峡水轮机飞逸特性图,如上图所示,满足导叶全开而叶片转角最小时飞逸转速最高所有外在条件,从而造成2#机组机械过速。

3.3继电器端子松动引起机械过速

2007年4月1日19:37分,2#机组带35MW运行时出现“过速二段(机械过速)”跳闸信号,机组甩负荷跳闸停机。论文参考网。经现场检查过速摆并没有动作,操作机构位置也正常;现地检查模块也正常,不存在模块故障;后经通过检查发现是过速摆送至监控的信号回路中+SA03-X1 009(过速装置)端子线松脱,导致机组跳闸停机。经处理后,跳闸信号消除,机组可以开机运行。

4.对策及防范措施

4.1对部分参与机组控制的重要外围信号采集装置,如机组导叶、轮叶位置传感器以及机组净水头测量装置,应采用冗余,实现多套备用,故障情况下并能实现自动切换。

4.2修改数字调速器控制模式,改变当前机组有功控制实际仍为开度控制的控制方式,在部分工况下对机组安全运行可能更加合理。

4.3当机组处于长时间失控过速时,为避免损坏设备,运行人员可以采取某些手动措施,如手动关闭导叶和加大轮叶开度,下落尾水事故闸门,都可以降低机组过速转速或缩短过速时间。但应注意在过速情况下开大叶片转角β和下落尾水事故闸门时会引起机组强烈振动。

4.4端子松动而引起的故障已有过不少的先例,特别是在机组里面的接线箱,由于机组开停机、加减负荷时都会振动较大,对接线端子会有一定的影响。所以建议机组维护人员加强对接线端子的维护。


参考资料:
1、《水电站机电技术》第27卷第1期《飞来峡微机调速器存在问题分析及对策》作者:林汉伟、阴新华
2、奥地利MCE公司有关技术资料
 

 

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