水电站水轮发电机组稳定运行技术措施

水电站水轮发电机组稳定运行技术措施

钟文光

钟文光

梅州市程江梯级水电厂广东梅州514000

摘要：本文主要针对水电站水轮发电机组稳定运行的技术措施展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对水电站运行过程中存在的主要技术故障作了系统的分析，并给出了一系列相应的技术措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：水轮机；发电机组；技术措施

虽然目前我国在水电设施的建设过程中有着极大的发展，但是却还是避免不了一些设备上的问题，特别是水轮发电机组。因此，为了确保水电站的正常工作，我们就需要采取有效的措施做好对水轮发电机组的工作，以为水电站水轮发电机组的稳定运行打下坚实的基础。基于此，本文就水电站水轮发电机组稳定运行的技术措施进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。

1水电站运行概况

某水电站以发电为主，同时具有灌溉等综合功能，水库总库容量为0.9亿m3，是低水头的河床式水电站。其设计装机容量为10MW，多年的平均发电量为6000万kW?h。设计年利用小时数为4880h（实际为5000h～6000h）。

2水电站运行过程中存在的主要技术故障

2.1磨蚀故障

该水电站处于河道上游，在实际的运行过程中，水轮机磨蚀故障问题难以避免，容易导致包括转轮、导水机构在内的流道部件破坏，在机组检修过程中主要对该类问题予以解决。该水电站在汛期河流中的含沙量较大、水头变幅明显，所以在机组设计、水轮机制造、正常运行过程中，应该通过合理选择水轮机参数、优化水力设计、采用抗磨蚀材料等方式最大限度的减少磨蚀影响，形成一整套行之有效的抗磨蚀运行技术。

2.2转轮叶片出现裂纹

运行时，水轮机的转轮上出现了问题，就是出水边接近上冠处出现了裂纹，长约100mm～400mm。而且裂纹绝大部分在整个端面上，贯穿着整个端面。这些裂纹的形状均有相似之处，裂缝的起点都是从叶片负压侧和出水端的交线处开始，和上冠的距离大约在50mm。而且起始端和叶片的出水边相垂直，之后按照不规则的抛物线形式朝着叶片中心延伸，同时还在其尾部逐渐扩展为树枝形状。

2.3水轮机调速故障

该水轮机组采用YWT型调速器进行调速。整个调速系统单独设置1面控制柜，其中配备了主用和备用两套电气调速器系统进行控制。通常，在水轮机组运行过程中，主要由调速系统调节及控制整个机组，一旦主用系统存在故障，就能够自动切换至备用调速系统。在实际运作之时，所用的电器调速系统同样也具备手动控制功能。并且，主用调速系统使用了电气PT的测频方式，备用的系统在测速上使用了齿盘测速的方式。水电站的水轮机组在十多年的运行过程中发生的故障问题，主要包括下面几种：

（1）在刚刚开始投产运行时，机组的调速柜上调速系统中外部开关就发出指令，这个指令是由计算机监控系统中LCU单元来实现的，但监控系统中LCU单元上的电源消失后，其开机指令回路就会撤消自保护状态，造成调速系统上的开机指令失掉，而关闭了机组导叶，就会出现机组溜负荷的问题。

（2）当调速系统的电调速柜在投入运行初期，其主要电气调节器的工作电源是由外部的AC220V电源供给的，而备用的电气调节器及其对应的控制回路则是由外部的DC220V电源供电。一般运行中调速电气柜运行在电气的调节器上，一旦外部所提供交流电出现了波动，必然会造成失电，就会自动转换到备用调节器上去，在一定程度上降低了调速器的可靠性。

（3）备用电气调速系统存在测频故障问题，降低了电气调速器备用率。由于调速设备采用齿盘测频的方式进行测频。在齿盘测速传感设备与大轴齿的间隙发生变化、测速传感设备被污染、测速传感设备出现故障时，都将导致备用电气调速设备出现事故，使其不能正常工作，不能发挥备用作用，备用可靠性下降。

（4）在实际运行过程中，另一个主要故障就是主配位置上所安装的传感器发生故障，具体表现为：传感器的反馈超出量程，使得主用以及备用调速设备出现主事故，造成机组不能正常开导叶。

3水电站水轮机稳定运行技术措施

3.1提高水轮机组的抗磨蚀运行技术

3.1.1合理进行水力设计，提高机组水力性能

对于轴流式水轮机组，水轮机组的导叶出口到转轮叶片的进口，属于一段水流相对复杂的区域。导叶出口处，水流在出口下端与底环之间构成的楔形区域存在脱流现象。另外，在导叶出口边的水流还存在相对紊乱的脱流漩涡。同时，水流在这些部位还需要转弯，若转轮的底环型线设计不合理，将会在其上环形成脱流漩涡，导致在该部位出现空蚀破坏问题。因此，在水力设计过程中，经过计算，将导叶的分布圆直径增加至1.2D1，同时对流道进行优化设计，将水轮机的蜗壳包角增加至225°。

在设计过程中，可以采用有限元方法进行分析计算，将转轮轮毂比调至0.43，其对应的空蚀系数也调整至0.465，使得水轮机转轮室的空蚀裕量明显增加。同时，在水力设计过程中，通过对固定、活动导叶，双排叶栅损失等进行计算，叶片局部修型等方式，对过流部件、转轮等进行合理优化，最大限度的降低了水力磨蚀，使得空蚀发生概率下降，最终达到优化机组水利设计、保证机组运行稳定的目的。

3.1.2优化水轮机结构，优选抗磨蚀材料

为了有效提高水轮机的抗磨蚀能力，在结构设计过程中有必要采取对应的抗磨蚀措施，以达到延长水轮机抗磨蚀寿命的目的。

3.2调速故障处理措施

3.2.1对电气调速柜的外部开机令予以改造

在改造过程中，将开机令的自保持回路从之前的计算机监控调整为在电气调速柜内自保持的方式。完成改造后，一旦计算机上的监控系统发出了脉冲指令继电器动作，电气调速柜中的R0开机令回路将由其常开点实施自保持。在这种环境下，就是LCU单元出现了失电，也不可能影响到R0开机令回路复位。在实际运行中，一旦改造后，就不会出现由于调速设备故障导致的导叶全关故障。

3.2.2调速电源模块改造

为了提高调速电气系统工作的可靠性，可以在调速柜中增加设置一套电源模块，将外部输入的AC220V、DC220V电源作为调速柜的输入，然后输出一路AC220V电源作为主用电气调速系统的工作电源。

3.2.3电气调速系统测频设备的运行技术措施

针对机组运行过程中的测频故障问题，可以通过检测测速传感设备与大轴齿之间的间隙、清理测速传感设备等方式来解决。由于该故障在整个水电站工作之时较为多发，所以日常检修中，必须要对安装齿盘测速传感器的可靠性、大轴齿与传感设备的间隙变化等进行检查，提高电气调速设备运行的可靠性。

3.2.4合理选择反馈传感器

水电站调速系统的主配运行反馈传感器通常是位移传感器，在运行过程中容易出现反馈电流值超出上下限，造成电气调速设备出现主事故，导致主配停止、导叶不开的问题。分析其原因，可能是在机组的日常启动运行过程中，现场存在较大振动，导致主配传感设备出现故障。因此，在反馈传感器选型以及更换过程中，应该选择结构可靠的传感器。

4结语

综上所述，虽然我国在水电方面取得了可喜的成就，但是目前仍然存在着方方面面的问题，特别是在水电站水轮发电机组方面。因此，我们需要对水轮发电机组予以必要的检查，做到看、闻、听、查，及时的发现问题、解决问题，以保障水轮发电机组的稳定运行。

参考文献：

[1]李霞、丁继茂、王纬.大七孔水电站水轮发电机组运行稳定的技术措施[J].贵州水力发电.2005（01）.

[2]李毅.中小型水电站技术改造应注意的几个问题[J].科技致富向导.2012（36）.