水电站机组甩负荷试验失败分析

水电站机组甩负荷试验失败分析

针对水电站机组甩负荷试验的重要性及必要性,采用理论指导实践的办法,具体对该电站机组启动验收过程中出现的机组甩负荷试验失败进行分析,得出解决办法,并对今后水电站机组甩负荷的安全性进行探讨,寻求安全可靠之路。

标签：水电站甩负荷试验

水电站因受自然条件的限制,常有较长的压力过水管道。由于管道长、水流惯性大,导水机构开关时会在压力过水管道及蜗壳内引起水锤作用。特别是在机组甩满甩荷时,由水锤作用引起的蜗壳压力上升,及由水力惯性作用引起的转速上升都是水电站安全运行监测的重点对象,如故障其带来的可能是重特大事故。如1995年7月8日曾有水厂因防水锤措施不足发生特大淹机停水故障。

1 井冈山(仙口)水电站联合甩负荷试验失败

井冈山(仙口)水电站位于江西西南部,装有2×12MW立式混流悬式水轮发电机组,水压正常高水位305m,发电限制水位290m,水轮机安装高程233.62m,额定水头61m,最大工作水头69.38m,进水阀采用D971X—16Q对夹式电动蝶阀,直径2.25m,主管直径 4.5m,支管直径 2.25m,单机流量23.45m3/s,机组调速器型号为GLYWT—PLC/7500。

水锤及调节保证计算

按照水锤波计算公式,把蜗壳及尾水管中的水流假定为一元流,将其作为压力管路的延续部分分别求出主管、支管、蝶阀蜗壳、尾水管处的波速ai,最后求出压力管路等价波速a,时等价波速a=1062m/s。压力管路流速按等价流速计算,则等价流速v=466m/s,水锤波长t相=0.439,因为Ts远大于tr故最大水锤压力发生在间接水锤。

为使甩负荷时压力上升率和转速上升率符合规范要求,在引水系统中设置调压室。现取额定水位头为61M,最大水头为69.38M两种情况,取关闭时间Ts=16s,计算机组甩全负荷的蜗壳最大压力上升率Z蜗最大转速上升βmax,尾水管真空值H尾,计算结果见右表。

从表中可知在导叶全关闭时间T=16s,最大水头相组甩全负荷时,蜗壳最大水压上升率Z蜗=46.2%∈30%～50%,额定水头机组甩全负荷时,最大转速上升率βmax=43%<45%,尾水管真空值H尾=6.74m<8m,均满足规范要求。

因电站水头较低,最大水锤出现在调节过程的末端,可采取先快后慢的调节规律(即两段关闭),以提高开始阶段的水锤压力,降低终了阶段的水锤压力,较合理的调节程序是最大水轮锤压强接近平均值,并使转速变化满足要求。计算出Ⅰ段关闭时间5.8s,Ⅱ段关闭时间10s,拐点为30%。

经厂家输入该定值,现场甩75%负荷时,蜗壳最大水压力上升率为80.8%,最大转速上升率为14.2%,超过规范的允许范围,机组甩负荷试验失败。

2 甩负荷试验失败分析

在小波动控制调节中,由小波动开机球阀和小波动关机械阀进行导叶开关控制,而在大波动时(如机组甩负荷),则由大动机球阀和关机插装阀电磁铁通电,其推力使钢球封住压力腔,同时使A腔与排油腔T连通,使关机插装阀上腔油液经过大波动关机球阀排走,关机插装阀开启差压油缸(接力器,开腔油液经过关机插装阀与排油接通,接力器快速关闭)导叶已就快速关闭,从而达到快速停机目地。

经质疑调速器关闭过程有误,请专业研究院来电站现场诊查,专家到现场后使用专用仪器做了模拟无水紧急停机,模拟开机甩负荷及甩9MW负荷三个试验。试验将主接力器行程信号,频率信号等接入软件系统,实时监测,模拟无水紧急停机及甩负荷时,给出模拟频率信号,分别向自动化控制系统发出紧急停机和甩负荷信号,主接力器行程变化基本与设计行程相符。单机甩9MW负荷时,采取将机组开机后,带到9MW负荷稳定后,人工跳发电机出口开关,甩75%的额定负荷。主接力器行程变化异常,第Ⅰ段关闭过程中,主接力器提前到达拐点位置,等待到达Ⅰ段关闭时间达到后继续完成第Ⅱ段关闭。由此可见Ⅰ段关闭时间被大大收缩,导致水锤压力增加是造成井冈山(仙口)水电站甩负荷试验失败的原因。

3 解决办法

厂家针对Ⅰ段关闭出现的问题,分析出主要原因是关机插装阀联通差压缸(接力器)后,油压降低过快,导致提前到达拐点,经调整关机插装阀排油速度后,机组甩负荷各项指标均能达到规范要求。

4 结论

正常运行下水电站机组甩负荷事件时有发生,作为机组启动验收重要一部分的机组甩负荷试验有着它不可替代的地位,它关乎着今后电站的安全稳定运行,只有调速器稳定可靠运行,才能保证机组厂房在甩负荷下的安全。所以即使在条件较差的小型水电站,机组甩负荷试验同样应做到:

4.1 调速器出厂前必须做好各项检查

4.2 机组安装完毕后,必须先做无水模拟开、停机及无水甩负荷试验,检测主接力器动作,压力机转速上升率等符合规范后方可进行下一步试验。

4.3 在做机组甩负荷试验之前,应特别注意做好安全措施,防止机组飞逸和水压过高;同时使用自动记录仪记录机组转速、接力器行程、蜗壳水压及发电机定子电流等参数的过渡过程。

参考文献:

[1]刘宝华.某水厂水锤事故原因分析[J].水电站设计,2000,16:30-36.

[2]井冈山(仙口)水电站初步设计报告[R].吉安:吉安市水利水电规划设计院,2004.