水轮机剪断销剪断处置流程的思考

陈炼红

（大唐云南发电有限公司，云南 昆明 650000）

剪断销保护装置是水轮机导水机构的重要保护设备，由剪断销及其信号器组成，结构如图1所示。机组在正常运行工况下，剪断销有足够的强度带动导叶转动，但当导叶间有异物卡住时，导叶轴和导叶臂不能转动，而连接板在接力器与控制环带动下转动，因此对剪断销产生剪力，当剪力达到一定值时，剪断销被剪断，导叶臂与连接板失去联动，脱离接力器的控制。不同数量剪断销剪断后采取何种措施可保证机组的安全，各发电企业处置流程不一，部分企业也因处置流程不合理给机组稳定运行带来了一定影响，因此有必要对此问题进行分析研究。

图1 水轮机导水传动机构

1 剪断销剪断保护流程说明

1.1 剪断销剪断规范

《水轮机运行规程DL/T 710-2018》中对剪断销剪断的要求为：正常停机时剪断销剪断，应继续停机，必要时关闭进水口工作闸门；事故停机时剪断销剪断，立即关闭进水口工作闸门；两个及以上剪断销剪断应解列停机，关闭进水口工作闸门；贯流式机组剪断销剪断应解列停机，必要时关闭尾水管闸门[1]。

1.2 水电厂剪断销剪断设置情况

结合上述规范，目前混流式水轮发电机组针对剪断销剪断普遍采取如下处置流程：机组正常运行或正常停机时单个剪断销剪断发出报警信号，由运行、维护人员根据报警信号实施检查并采取相应处置流程；两个及以上剪断销剪断发出报警信号，由运行人员采取手动停机流程；事故停机过程中判断剪断销是否剪断，如果剪断则发出报警信号并启动紧急事故停机流程，关闭进水口快速闸门。

2 剪断销剪断处置

剪断销剪断后，当水轮发电机组发生负荷调整时，在接力器带动下导叶发生转动，剪断销剪断的导叶将不能与其他导叶同步转动，从而造成导叶开度不一致，造成机组振动、摆度增加，对机组的安全稳定运行造成较大影响[2]。

针对机组正常运行过程中遇到单个剪断销剪断的情况，部分电厂采用如下处理措施：根据剪断销报警情况，首先确认剪断销实际情况，确认是否剪断；剪断后，如机组在振区，则调整导叶开度使机组脱离振区；由维护人员处理更换；机组运行中如无法更换则申请停机处理。

目前，针对机组正常运行过程中剪断销剪断，大部分电厂优先采用不停机的处理方式，在导叶防晃动、限位装置可靠的情况下，一般不会对机组造成较大的破坏。在停机过程中剪断，后续比较好处理。开机及负荷调整时剪断，剪断销剪断的导叶会与其他导叶存在较大开度偏差，部分电厂还发生过拐臂摩擦力不足以限制导叶晃动，对转轮、导叶及固定设备造成重大损坏。

针对上述情况，综合考虑现场实际更换难度及可能对机组带来的重大损坏风险，在剪断销剪断后可采取如下处理措施。

2.1 机组运行中单个剪断销剪断

目前，多数水电厂运行中投入AGC功能，在剪断销剪断后应及时调整机组负荷自动控制方式，避免导叶开度变化引起更大的水力不平衡力。因此，应将AGC功能及一次调频功能手动退出，或设置在自动控制流程中，剪断销剪断后自动退出；如关闭机组后转速无法下降至正常风闸投入值，可在小流量下关闭进水口闸门；未出现振摆增大的情况时，为了能安全更换，也应停机处理，避免更换中引起导叶进一步失控的情况。

2.2 机组运行中多个剪断销剪断

两个及以上剪断销同时剪断时，运行人员应立即将AGC及一次调频功能退出运行；机组出现严重不稳定运行情况时可启动紧急停机。

2.3 事故停机时剪断销剪断

事故停机时剪断销剪断可按上述规范规定流程处置，启动紧急事故停机流程，关闭进水口快速闸门，确保机组快速可靠停机。

3 剪断销日常管理

剪断销作为导水机构重要的保护装置，剪断后容易出现故障扩大的风险，因此，在日常生产中应加强对剪断销的管理。

3.1 设计方面

剪断销的设计强度应比连接板、导叶臂的强度低，保证剪断销被剪断前不会对连接板和导叶臂造成破坏。通过了解不同主机厂家剪断销强度设计原则可知，通常是在最大操作力的基础上考虑一定安全系数，但每个厂家设计时选取不一，从生产运行角度分析，在保证不造成设备损坏的情况下应尽量提高强度安全系数，避免引起误断。

3.2 日常管理方面

日常管理中要加强对剪断销的检查，避免由于疲劳引起的误断，应定期检测剪断销是否无损，检查导叶全开、全关限位装置，焊接强度要满足设计要求。对拐臂与导叶间紧固螺栓定期检查紧固性，力矩应满足设计要求。定期检查剪断销信号器，必要时人为剪断信号器，以验证其性能，确保剪断销剪断时可准确发出报警信号[3]。

3.3 备件采购管理方面

剪断销备件采购时应重点加强管理，避免剪切力不足、切口处圆度、粗糙度不满足要求的剪断销使用在设备上。即便同一种材料生产制造的剪断销，其机械性能也会有一定的偏差，而实际生产中需要剪断销具备准确的剪切力，因此，剪断销生产时切口处无法设计出准确的加工尺寸，需按同一批热处理材料经过抽检进行剪切试验，最终根据剪切力要求确定剪切截面的尺寸，因此对备件加工制造提出了严格的工艺流程要求，发电企业采购时应加强此方面的管理。剪断销切口处表面加工粗糙度太大，或断口截面、圆度未按图纸加工，会对剪断销的受力产生影响，容易造成疲劳断裂，此项也是备件到货后需认真检查的内容。通过严格的备件管理，确保剪断销的性能满足要求。

4 结语

剪断销作为水轮机重要的保护装置，从运行方面应明确不同剪断情况下的应急处置流程，确保不因剪断销剪断导致故障扩大化；在日常管理中应根据剪断销设计特点、水轮机导水机构结构原理加强管理，确保其安全可靠运行，同时加强备件采购管理，确保性能满足要求。