瀑布沟水电站机组运行可靠性分析

李 叶，王 寅

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

瀑布沟水电站机组运行可靠性分析

李 叶，王 寅

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

水轮发电机组的稳定可靠运行不仅是对机组自身稳定性的一种保障，也是对电网安全稳定运行的可靠保障。针对瀑布沟机组运行中存在的若干隐患，提出有效的整改防范措施，降低机组强迫停运以及事故停运的可能性，不断完善、优化运行，提高机组可靠性，保障电力系统的安全稳定。

机组；可靠性；运行

0 概述

瀑布沟水电站位于大渡河中游，地处四川省西部汉源和甘洛两县交界处，距成都市直线距离约200 km，距重庆市直线距离约360 km，靠近负荷中心。电站工程由砾石心墙堆石坝、左岸泄洪洞、左岸溢洪道、右岸放空洞和左岸引水发电系统以及尼日河引水工程等组成。大坝建成后将形成53.9亿m3的水库，装设6台600 MW的混流式水轮发电机组，在系统中担负调峰、调频及事故备用，枯水期担负峰腰荷，丰水期主要担负基荷和部分腰荷，是四川电力系统中的骨干电站之一。

引水发电系统布置在左岸山体内，为地下厂房三洞室结构。瀑布沟水电站按无人值班原则设计，正常情况下由大渡河流域梯级水电站成都集控中心（简称大渡河流域成都集控中心）统一调度运行。

工程于2004年3月开工建设，2009年底首批两台机组发电，计划2010年底全部投产。

1 水轮发电机组可靠性的意义及影响

机组可靠性是衡量机组设备质量的重要技术经济指标。大型水轮发电机组装机容量的增加以及自动化水平的提高，机组的可靠性问题已引起高度的重视，并且逐渐成为机组设备市场竞争的焦点和机组稳定运行的保障。对瀑布沟水电站机组可靠性的研究和分析，有利于更好的掌握机组运行规律，控制机组运行时的风险点，保障大型水电站安全、稳定、可靠运行。进而保证电力系统的安全稳定可靠运行。

2 瀑布沟水电站机组主要参数（表1）

表1

3 瀑布沟水电站机组运行可靠性的若干隐患

3.1 瀑布沟水电站机组振摆问题

由于瀑布沟电站机组在系统中主要担负系统调峰、调频及事故备用的作用，因此不可避免地需要在小开度或振动区范围附近运行。这不仅严重影响了机组的使用寿命，也降低了机组运行的安全稳定性。因此，对于瀑布沟电站来说，如何既能满足调度对电力生产的要求，又能提高机组的运行稳定性具有十分重要的现实意义。

当机组在低水头、低负荷、高水头、超负荷以及空载运行工况下，水轮机的振动程度随之而不同。振动是旋转机械不可避免的现象,若能将其振幅限制在允许范围内,就能确保机组安全正常运行。但较大振动对机组安全是不利的,它可能使机组各连接部件松动,使各转动部件与静止部件之间产生摩擦甚至扫膛而损坏；引起零部件或焊缝的疲劳、形成并扩大裂缝甚至断裂；尾水管低频压力脉动可使尾水管壁产生裂缝；当其频率与发电机或电力系统的自振频率接近时,将发生共振,引起机组出力大幅度波动,可能会造成机组从电力系统中解列,甚至危及厂房及水工建筑物。俄罗斯萨扬水电站因机组振摆过大发生的“8.17”重大安全事故以血的教训证明了此危害之大。

瀑布沟水电站的3号、5号水轮发电机组的振摆情况较4号机、6号机稍大，尤其3号机机组在运行过程中振摆过大，历史最高点下导振摆高达至接近700μm。3号机组曾多次因为振摆过大，不得不下令严禁调整负荷以保机组稳定，最终迫使3号机组申请停机。

针对以上问题，采取以下降低机组振摆的具体措施：

（1）采用状态监控系统，全面掌握机组运行数据。

20 世纪90年代以来，以水轮发电机组振动监测和分析为主的系统（包括在线和离线监测）开始在水电厂中实施运用，对运行机组的稳定性监测和故障分析取得了较好的作用，为真正实现水电厂“无人值班”（少人值守）的运行方式和由预防性、定期性检修向状态检修转换提供了保证。瀑布沟电站在线监测装置通过对水力机组的运行稳定性（包括振动、振摆、压力脉动等物理量）、定转子空气间隙、水轮机空化噪声、发动机局部放电、发电机故障录波、变压器局部放电和油色谱等的在线监测，同时联合计算机监控系统的监测信息，针对电厂机组，建立功能较为完备的跟踪分析系统，提供报警、预警、状态分析、性能评价、故障诊断等一系列工具和手段，为机组的安全运行，优化调度和检修指导提供有力的技术支持。同时利用在线监测数据和处理结果，综合计算机监控系统等信息和专家知识，综合MIS及计算机监控系统等信息和专家知识，进行故障分析及诊断，实时掌握水轮发电机组健康状况，为状态检修提供辅助决策并实现与其他系统的信息共享，并为MIS系统提供数据。其振摆状态监测与故障诊断的测点布置见表2：

表2 机组水轮发电机组状态监测测点布置清单

（2）合理安排机组运行方式，确保机组运行在最佳工况。

通过进行各水头稳定性试验，瀑布沟电站逐步掌握了各机组在不同水头下的运行稳定区域，优化分配各机组负荷，避免机组在振动区运行。既完成了发电任务，同时又最大限度地保护了机组。

（3）加强设备整治和改造，努力提高检修工艺水平。

通过长期对设备的监视观察、数据统计分析，对振动过大的机组进行设备整治和改造，进一步改善了机组可靠、稳定运行。如对振摆过大的瀑布沟3F机组采取拆除下导油槽密封碳精块后，3号机组振摆良好，稳定至100μm左右。

通过完善监测手段和进行大量的试验工作，瀑布沟水电站获取了机组运行的大量特征数据。这些数据取得后，不仅为调度、运行人员合理安排机组运行方式、确保机组在最优工况下运行提供了参考，还可通过日常巡回检查及时掌握设备运行状态、及早发现缺陷和设备隐患，对检修周期和检修方案的确定具有极大的指导作用，同时还为电厂今后实现状态检修打下了坚实的基础。

3.2 瀑布沟水电站机组测温电阻问题

瀑布沟电站自投产发电以来，定子线圈、水导轴承、下导轴承、空冷频繁出现瓦温跳变等异常情况，其原因多为测温电阻损坏。该处采用Pt100测温电阻,采用三选二的测温方法，即当相邻3点有2点测温值到达报警值时则事故停机。因此当出现测温值跳变时，为保障机组运行的安全性，不得不采用接至备用电阻或甩线待停机处理等方法。Pt100测温电阻灵敏度高、测量精确高，在低温测量中有广泛的应用，但元件的稳定性较差、容易老化。针对该电阻易损坏的特点，瀑布沟电厂对测温回路电缆的屏蔽层进行了专项整治，采用屏蔽层单端接的方式，降低测温回路的电磁干扰强度，降低电阻损坏的机率。

3.3 瀑布沟水电站机组测速装置受干扰误动问题

瀑布沟水电站机组采用两套原理不同的测速装置，每套上送2个信号分别至监控机组本地屏和水机保护屏，采用交直流双电源供电。6号机组测速装置曾因交流电源干扰误动作，造成机组过速保护动作紧急事故停机。

为了解决机组测速装置的干扰误动问题，瀑布沟电站加强接地措施，确保机箱及电缆屏蔽层在机柜内的可靠接地，以提高装置的抗干扰性能。同时，测速装置厂家对瀑布沟该装置做如下改进：

（1）电源改进：取消装置内部交流供电元件，将交直流双电源供电改为直流单电源供电，以提高装置抗干扰能力，防止交流电源的波动引起装置误动作。

（2）程序修改：原转速梯度保护设置值过大，没起到保护作用。针对瀑布沟机组特点，对参数进行专门修改优化，并更换程序芯片。

3.4 瀑布沟水电站机组误操作问题

为防止瀑布沟水电站机组运行过程当中人为误操作，瀑布沟电站对瀑站监控系统已投运机组LCU单点开出围带充气、加闸制动流程中增加了闭锁条件，其逻辑关系如下：

图1 围带充气单点开出闭锁逻辑

图2 制动加闸单点开出闭锁逻辑

并对瀑站已投运机组新增制动柜禁止加闸指示灯（红色）、检修密封加装禁止充气信号指示灯（红色），以此进一步提高机组可靠运行。

4 总结

通过对瀑布沟水电站机组运行可靠性的分析研究，对大型水电站的运行可靠性有着一定的参考意义。针对以上提出的几个运行中常见的问题，分别进行了分析并提出改进建议，将机组可靠性的问题，落实到发现隐患，提出问题，分析原因，改进措施的模式上来，为提高水轮机组可靠性探寻一条有效的保障途径。

TV737

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1672-5387（2010）06-0021-03

2010-10-08

李叶（1986-），女，助理工程师，从事水电站运行维护工作。