某水电站发电机故障成因分析与防范措施

某水电站发电机故障成因分析与防范措施

何柳

中国葛洲坝集团机电建设有限公司  四川成都   610000

摘要:随着近几年水电机组振摆保护装置的相继投入,机组运行过程中各导轴承振动､摆度过大,超出振摆保护装置动作值后,可能发生机械停机事故｡针对某一级水电站开机过程中顶盖振动较大,分析影响顶盖振动的各种因素,结合试验数据,提出优化调速器开机规律,控制水流速度,使水流顺畅进入流道,在一定程度上降低了机组开机过程中水轮机顶盖振动幅值,从而提高机组运行稳定性｡随着科技的快速发展,我国在水电建设方面取得了很多成就｡在水电站运行的过程中,必须定时对设备进行维护与检修,才能够保证设备处于正常的运行状态,同时这也是保证水电站安全运行､电能稳定供应的基础｡但是,从水电站设备的运行来看,设备在使用的过程中,会受到多种因素的影响,所以对其进行有效的维护,才能够将故障扼杀在萌芽状态｡

关键词:调速器;顶盖振动;开机运行;稳定性;导叶开度

某一级水电站位于某干流上,电站为引水式电站,安装6台10×104kW的混流式水轮发电机组,总装机容量60×104kW,最大水头330m,设计水头299m｡水轮机调速器采用南瑞集团公司生产的SAFR-2000H型微机调速系统,机械液压部分则选用BOSCH公司的比例伺服阀作为电液转化单元,南瑞自产的ZFL-100/D阀为主配压阀实现液压放大功能,投产以来,总体运行平稳｡大多数混流式机组存在水头高､尺寸小､重量轻､转速高等特点,由于水流特性的影响,机组在运行过程中振动､摆度受水力影响较大｡随着近几年水电机组振摆保护装置的相继投入,机组运行过程中各导轴承振动､摆度过大,超出振摆保护装置动作值后,可能发生机械停机事故｡

1调速器开机优化试验

自2015年第一台调速器电气柜更新改造以后,由于控制策略以及开机规律的变化,机组在开机过程中频繁出现顶盖振动大,顶盖水平､顶盖垂直方向振动二级报警动作,给值班人员监盘造成极大不便｡而水轮发电机组产生振动的原因一般由机械液压水力因素､动不平衡､轴线中心偏离或者其他机械原因､电气部分原因､振动系统的刚性等引起｡结合机组近几年运行与检修情况,振摆保护装置精度以及振摆传感器校验未出现不合格｡机组开机至并网后,在非振动区进行负荷增减以及调速器一次调频动作期间,顶盖振动并未出现振摆保护二级告警动作的情况,二级告警动作主要发生在机组开机阶段,并且衰减较快,因此排除上述电气与机械因素方面的影响,提出修改调速器开机规律,来减弱顶盖振动过大的影响｡

1.1原开机规律试验

1)调速器在自动模式下收到监控系统发出的开机令,导叶空载开度设置为6%,调速器由静止态转开机态,经4.6s导叶开度由0%开至8%(导叶空载开度+2%)｡

2)调速器导叶给定开度8%至机组频率升至40Hz｡历时75s,在机组频率达到40Hz时,调速器将导叶开度给定降至6%｡

3)导叶保持6%空载开度的情况下,机组转速持续上升,当频率达到43Hz时,调速器由开机态转为空载态,进行频率闭环调整,从静止态到转空载态时间为100s｡

4)自机组启动开始至达到同期转速,即99.5%fr~101%fr,所经历的时间tSR为134s,调速器开机过程见图1｡

图1优化前开机试验录波图

1.2优化后开机规律试验

1)调速器在自动模式下收到监控系统发出的开机令,导叶空载开度设置为7%,调速器由静止态转开机态,经1.97s导叶由0%开至4%｡

2)调速器导叶给定为4%开度至机组频率上升至10Hz｡历时29s,机组频率达到10Hz时,调速器控制导叶按0.25%/s的速度,开至1.4倍空载开度,即9.8%｡

3)历时110s,机组频率达到45Hz时,导叶给定降至为1.1倍空载开度,即导叶开度由9.8%降至7.7%｡

4)自机组启动开始136s后,机组频率达49Hz,调速器进入空载态,进行频率闭环调整｡

5)自机组启动开始至空载转速(频率)达到同期带,即99.5%fr~101%fr,所经历的时间tSR为140s,其开机过程见图2｡

图2优化后开机试验录波图

2开机过程顶盖振动结果分析

在满足机组允许的加速度并保证不过速的情况下,开机时间应尽可能短的要求,将优化后的调速器开机规律中导叶空载开度设置为7%,通过前后两次测试对比,可以看出两种不同开机规律下,机组由静止至最终达到100%额定转速的时间相差无几,但是其顶盖振动最大幅值差别明显,振摆保护动作限值为:顶盖一级报警值2mm/s,二级报警值4mm/s｡按照第一种开机规律,但由于调速器开机初始启动开度为8%,在此大开度下,顶盖水平方向振动值在12s时达到2.3mm/s,超出了振摆保护一级报警动作值,顶盖垂直方向振动值达到4.44mm/s,超出了振摆保护二级报警动作值,而第二种开机规律下,顶盖垂直与水平方向振动幅值明显减小｡开机规律优化前与优化后顶盖振动最大值均出现在机组转动初期,待机组转速稳步上升后,振动开始减弱｡由此分析可知,顶盖振动幅值过大与导叶初始开度设置有关,开度设置过大将造成从固定导叶出来的水流与活动导叶之间产生较大的冲击,破坏了流态,使得导水机构承受较大应力,导致顶盖振动过大,待机组转速逐步稳定,导叶间隔流过的水势趋于平衡后,两种开机规律下顶盖振动幅值均出现明显下降｡

3结语

针对机组顶盖出现异常振动,结合现场试验,对比前后导叶不同开度下的顶盖振动数据,确定了优化开机规律能有效改善机组顶盖振动幅度,有效规避了值班期间振摆保护动作的报文,提高了振摆保护装置的可靠性,保证水电机组的安全稳定运行｡

参考文献:

[1]南京南瑞集团公司水利水电技术分公司.微机水轮机调速器培训教材:第三版[Z].2011.

[2]周泰经,吴应文,魏守平,等.水轮机调速器实用技术[M].北京:中国水利水电出版社,2010.

[3]陈华,刘志淼,曹林宁.考虑机组振动的水轮机调速器开机规律优化[J].中国农村水利水电,2018,60(7):174-177.

[4]张方求.混流式水轮发电机组产生异常水力振动的原因分析和探讨[J].广西电力技术,1998,21(2):43-46.