抽水蓄能机组抽水调相工况中水导振动引起跳机的故障分析

曹彦 张龙歌 潘盈 杨敏之 李赟俐

摘要：抽水调相工况是抽水蓄能机组常用工况之一，本文通过对抽蓄机组抽水调相工况中水导振动的原因进行分析，讨论导致水导振动的原因及其分析思路，并提出预防水导振动跳机的办法。

关键字：抽水蓄能;水导;跳机;预防

1 引言

宜兴抽水蓄能电站位于华东电网的负荷中心，电站共装有4台250MW水轮发电机组，主要承担华东电网的调峰调频及事故备用等功能。其中水导振动是衡量机组运行水平的重要指标之一，水导振动过大将导致机组跳机。

水导振动跳闸逻辑情况如下：水导振动X，Y，Z跳闸整定值为6.4mm/s 摆度X，Y方向跳闸整定值为380um，在振动摆度检测装置VM600内部回路中，水导摆度X方向（U3 TGB Prox Probe X）、水导摆度Y方向（U3 TGB Prox Probe Y）、振动X方向（U3 TGB Radial Vibr X）、振动Y方向（U3 TGB Radial Vibr Y）、振动Z方向（U3 TGB Radial Vibr Z）其中任何一个到达跳闸值均会向监控送出水导振动跳闸信号（IBP_TGB_VIB_T），监控逻辑延迟10s出口动作机组机械快速停机，同时上位机显示水导振动跳闸信号。

2 故障现象

水导振动跳闸延迟10s出口，从水导振动摆度曲线观察，3号机抽水调相工况有一时段水导确实存在振动过大的情况。相关人员现场检查机组无明显异常。

3 故障分析

3.1现场检查

停机后，查看上机架，下机架，水导，顶盖震动曲线，发现上机架，下机架，顶盖振动都在正常范围内，但是水导振动和摆度较大，其中摆度超过跳闸值（380um），实际达到500um。持续时间超过整定值10s。

现场检查振动摆度传感器，无明显异常。而振动曲线图中摆度值逐步增大，到达跳闸值）。查看当时有功曲线，发现跳闸前机组吸收有功增大增至-9.6MW，正常值为-5MW。机组抽水方向溅水功率保护37M-B跳闸整定值12%Pn。换算成一次功率值为-60MW，在抽水调相稳态时投入，由于吸收功率未达到整定值，所以溅水功率保护未动作。

3.2分析及排查

初步判断当时可能水环过厚，或尾水管水位上升，触碰转轮底部，引起振动、摆度加大。

查看事件列表，上下迷宫流量未出现高报警，流量在正常范围内，基本排除因水环过厚引起振动摆度过大的原因。由此可以初步断定机组事故停机是由于尾水管水位上升触碰转轮底部，引起水导振动摆度加大。

查看以前事件列表，抽水调相工作时，压水保持后3-5分钟就会补气。而此次11分钟之内一直未补气直至事故停机。结合事件列表发现，机组整个调相过程中及停机后尾水管水位高信号和太高没有信号发出，水位低信号未复归。查看补气逻辑中发现：必须有水位高或太高才會补气

由此可以确认由于尾水管水位浮子没有正确动作导致没有正常补气。现场拆下尾水管水位浮子进行测试，测试发现水位太高、高、低、太低四个浮子动作正常。因此怀疑尾水管测试管路中可能存在残存气体，检查测试管路液位计上下部隔离阀，在开关上部隔离阀时发现有气流声音。多次开关检查后发现上部隔离阀指示位置与阀门实际开度有偏差。该阀门管径为50mm的蝶阀，阀门位置偏差造成实际开度过小导致气流、水流不畅。重新调整上部隔离阀位置后水位计浮子信号恢复正常。

4预防措施

（1）优化机组振动机械保护，振动摆度均投入跳闸，延时为10S，此次转轮触水正是靠振动保护跳闸动作机组事故停机。

（2）尾水管水位太高，当水位太高浮子动作后延时120S机械快速停机，由于此次水位太高浮子未正确动作所以此保护未动作。

（3）进一步优化溅水功率保护：

此保护重点针对转轮较严重打水设置，可作为前面两种保护的后备保护。由于此次转轮底部轻微触水，吸收有功功率增加不大，没有达到保护动作整定值，所以此保护也未动作。

保护动作机制：

机组调相时尾水水位异常上升，首先作出反应的是尾水管水位太高机械保护，在转轮室漏气不是特别大时，经过120S延时后此保护动作机组事故停机。而一旦此保护故障无法作出反应，转轮触水后机组振动保护将会动作机组事故停机。

如果转轮室漏气量较大时，尾水管水位快速上升，此时由于尾水水位太高延时120S，此保护在未动作前机组振动保护或者溅水功率保护将会快速动作机组事故停机。

从上述分析可以发现我厂针对调相时尾水管上升设置的保护是完善的，动作机制是合理的。此次由于尾水管水位太高浮子未正确动作导致尾水管水位太高机械保护也未正常动作，而当转轮触水后振动增大，机组振动保护动作机组事故停机。

参考文献

[1]冯顺田。水轮发电机组的振动分析与运行优化[J].水电自动化与大坝检测，2011，（10）。

[2]王海。对水轮发电机组状态的检修[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]刘云。对发电机故障的处理和检修[M].北京：中国水力水电出版社，2012.