貫流式水輪發電機組自動化設計、安裝注意事項

王國清

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貫流式水輪發電機組自動化設計、安裝注意事項

王國清

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

本文針對貫流式水輪發電機組自動化控制系統在多個電站實際運行存在的問題，提出了一些改進措施及建議，希望能給從事貫流式水輪發電機組自動化控制系統相關設計人員和安裝人員提供一些借鑒。

貫流式水輪發電機組；機組油系統；技術供水系統；氣系統

0 前言

近年來，隨著低水頭電站的不斷開發，貫流式水輪發電機組應用越來越多，貫流式水輪發電機組水流暢直，水力效率較高，機組結構緊湊，但是由于貫流式水輪發電機組發展時間較短，其制造，安裝，運行，維護，檢修等方面的經驗尚存在很多不足，在機組設計、安裝和實際運行中，有許多經驗需要總結。

1 機組油系統

1.1 機組油系統油質需保證

軸承油系統油質好壞將影響軸瓦的冷卻、潤滑效果，如果油質變壞，將會引起軸瓦溫度升高，嚴重者將引起燒瓦。引起軸承油油質變壞的因素有：（1）由于設計或安裝等原因導致主軸密封不良，密封處漏水將會進入水導從而引起整個軸承油系統進水。（2）潮濕空氣中的水分進入油內。（3）機組油冷卻器內布置有冷卻水管，當冷卻水管破裂時，水就進入油內。（4）設備油管路安裝時，未按規定進行清洗。

調速器油系統油質變差將會引起調速器各緊密元件發卡及銹蝕，進而引起主配壓閥活塞和閥體磨損等嚴重問題。引起調速器油系統油質變差因素有上述2、4項。

為解決上述問題應采取以下措施：

（1）設備在進行安裝時，應用機組油系統中的油進行清洗，清洗完后，這部分油要單獨儲存，清洗后暫時不安裝的設備要用塑料布將其孔洞包裹好。

（2）布置通風設備，增大空氣流動，有利于將潮濕空氣帶走。

（3）在機組油系統各油箱呼吸器上布置干燥劑，這樣進入油箱內的空氣將被干燥，從而減少油箱內油中水的含量。

（4）在軸承高、低位油箱及調速器系統中的回油箱、漏油箱上安裝油混水檢測裝置、測溫電阻、加熱器。1）建議測溫電阻采用可替換鎧裝內芯的測溫電阻，因為此測溫電阻溫度變送器采用分體式安裝，方便現場更換和接線。2）建議采用可換內芯式電熱器，當加熱電阻有問題時，不用排油，可方便更換。此外機組停機時應投入加熱器，控制油溫在一恒定范圍內，這是因為當機組停機后，油溫降低，油箱內的熱空氣也隨之降溫，當降到自身的露點溫度時，油箱內水汽便開始結露，結露凝結的水就直接進入油內。

（5）真空濾油機布置在和漏油箱、軸承低位油箱同層，板框濾油機布置在和調速器回油箱同層，用真空濾油機定期對軸承低位油箱、漏油箱中的油進行過濾，用板框濾油機定期對調速器回油箱、軸承高位油箱中的油進行過濾。

1.2 油系統油位監視、分析

在軸承高位油箱、軸承低位油箱、漏油箱、調速器回油箱、輪轂高位油箱安裝可靠的液位傳感器將油位信號通過模擬量分配器一路送至相應控制柜，另一路傳至監控，在機組停機，各油泵在停止狀態，相應閥門關閉后，再分別計算軸承高位油箱與軸承低位油箱體積之和，漏油箱、調速器回油箱、輪轂高位油箱三者體積之和，分別和前N次停機狀態下各自系統數據做比較（N的大小可根據機組運行時間、停機時間長短來定，檢修機組除外），就可發現調速器油系統和軸承油系統是否存在跑油或進水現象，分析部分可通過編制程序在監控軟件里實現，要知道分析結果，只需要點動一下監控顯示屏相應軟按鈕即可得到想要的結果。此外為了得到更準確的測量數據，需要對油箱油位變送器進行零位和滿度校正。

1.3 潤滑油泵控制

潤滑油循環方式一般采用大循環方式，即潤滑油泵先將油打至軸承高位油箱，然后潤滑油靠自重從高位油箱流入各軸承，最后從各軸承回油管流至軸承回油箱。潤滑油泵一般設置兩臺，安裝在軸承低位油箱上。機組啟動時，建議一臺潤滑油泵一直啟動，這樣做的目的是避免潤滑油泵在短時間內反復啟停而影響潤滑油泵壽命，另外在軸承高位油箱下限信號動作時啟動剩余一臺潤滑油泵，在油位升至高限時，停止其中一臺潤滑油泵，潤滑油泵輪換啟動依靠次數和時間來定，油位下限及兩臺泵運行信號閉鎖時間輪換啟動程序段，這樣做的目的是：第一可以防止機組長時間運行，一臺泵一直運行，而另外一臺泵一直未啟動。第二可以防止軸承高位油箱油位下降過快而導致同臺泵在很短時間內頻繁啟、停。第三防止在油位下限啟動泵，油位上限停止泵這段時間內，依靠時間輪換泵這段程序段中時間定時器到達設定值后，仍輪換泵運行。此外，安裝在進油管路上的油流計，建議不作為啟動備用潤滑油泵的條件，只作為機組運行當中油流監視、告警和機組啟機條件判斷用，這是因為安裝在進油管路上的油流計測量油流信號不準確，且易受到干擾。再之，在機組停機時，當軸承高位油箱油位到達下限時，啟動潤滑油泵給軸承高位油箱打油，到高限停止，同時發軸承高位油箱油位低報警信號，這樣做可防止軸承油箱油位低情況下、油流計信號誤滿足開機條件而此時啟機。最后潤滑油泵啟、停建議采用通過觸摸屏控制字選擇開關量或模擬量或開關量和模擬量雙模控制，正常情況下選擇雙模控制，如開關量或模擬量出現問題時，可暫時選擇相應單一量控制。

1.4 高壓油頂起油泵控制

建議在泵出口水導和發導水平段油管路上安裝具有2組整定值及開關接點輸出的壓力開關各3塊，分別設置在機組啟動時，轉速由0到95%額定轉速之間的1組壓力定值，機組停機時轉速由額定降到0轉速和其它情況時導致機組轉速小于95%和大于1%額定轉速這一區間的一組壓力定值。

1.5 油系統控制回路設計

為了增加控制的可靠性，需將油泵和風機手動控制回路與自動控制回路分開，即手動回路不經PLC控制，而經過相應按鈕控制，控制回路配置雙線圈繼電器來控制油泵和風機啟、停，雙線圈繼電器無需長時通電即可保持相應接點接通，也可通過PLC軟件設置相應參數，使PLC發生故障時保持最后一次輸出不變，從而防止油泵或電機因PLC故障而停止，進而導致燒瓦。建議將控制油泵和風機運行的軟啟動器輔助接點通過繼電器擴展，油泵和風機運行信號采用其擴展的繼電器的接點并送至PLC，和導通相應油泵和風機運行指示燈回路。

1.6 油流監視

潤滑油流量監測非常重要，直接影響機組安全運行，目前各個電站采用的測量元件也不經相同，但測量效果卻差異很大，綜合各個電站使用實際情況，建議采用質量流量計或擋板式流量開關。

1.7 機組漏油箱、調速器回油箱油泵控制

機組漏油箱、調速器回油箱油泵控制建議采用統一集中控制柜，漏油泵、壓油泵啟、停仍采用通過觸摸屏控制字選擇開關量或模擬量或開關量和模擬量雙模控制，正常情況下選擇雙模控制，如開關量或模擬量出現問題時，可暫時選擇相應單一量控制。

2 技術供水系統

技術供水系統設計一般有兩種，一種是取水口取水，經過濾水器過濾，然后經水處理設備進一步處理后，供給高位水箱，高位水箱再將水供給各冷卻水管和主軸密封用水，最后再將通過熱交換的水排至尾水。另外一種則是采取密閉循環。以上兩種方式無論采取哪種都要注意以下幾點：

（1）技術供水四通轉閥應定期對其進行切換，防止長時間未轉動，機構卡死。

（2）冬季檢修時，應將油冷卻器中水排干。

（3）為了方便監視主軸密封漏水情況，建議在其干管水平段位置安裝電磁流量計。

3 氣系統

3.1 制動補氣系統

（1）制動系統包括制動器、空氣圍帶、電磁閥等一些測量元件組成。一般設計制動器投入、撤出依據安裝在不同位置的行程開關接點反映，但存在的問題有，如果行程開關接點動作、復歸死區稍大，再加之機組在剛投運時，制動閘皮磨損較少，閘皮很厚，因此制動器由釋放到投入之間的距離較短，此時就會存在制動器投入或撤出時，投入與撤出信號都存在的現象。為解決上述問題，建議將反映制動器撤出的行程開關換成接近開關，接近開關要選擇耐震型的，此外接近開關安裝的位置和調整距離一定要準確。還有判制動器投入、撤出信號建議為至少有一個制動器投入信號動作就判制動器投入，制動器撤出信號全部動作判制動器撤出，這樣設計第一可以防止個別制動信號未上來而影響停機，第二可防止制動器未全部撤出而誤開機。

（2）建議制動器在機組停機時投入，可防止導葉漏水，引起機組蠕動。

3.2 中、低壓氣系統

中、低壓空壓機現地控制單元需有遠方、切除、就地控制方式，遠方控制時，中、低壓空壓機采用統一的控制柜來進行集中控制。此外中、低壓空壓機由于本身出氣管上裝有壓力變送控制器，供現地控制柜使用，而集中控制柜控制空壓機啟、停采用的是中、低壓管路上另一套壓力變送控制器，由于這兩套壓力變送控制器測量壓力信號有可能不一樣，就有可能導致空壓機不能正常工作，因此需要將空壓機本體控制柜啟動比遠方集中控制柜啟動定值改的大些，停止的定值改小些。

4 結論

除上述需注意的一些問題外，還有很多地方值得我們去探索、改進和總結，希望從事貫流式水輪發電機組工作的設計人員和專家及有興趣研究這些問題的朋友們能不斷補充和完善相關話題。

Bulb Tubular Turbine-genarator Unit Automation Design and Installation Considerations

WANG Guoqing

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

This article put forward some improvement measures and suggestions, for automation and control systems of bulb tubular turbine-generator units existing problems in a number of hydropower plants, and hope to provide some reference for engaging in bulb tubular units automation and control system designers and installers.

bulb tubular turbine-generator unit; oil system of the unit; technical water supply system; air system

TK730.2

A

1000-3983(2014)02-0062-03

2013-02-25

王國清（1958-），1983年畢業于哈爾濱電工學院，一直從事水電站機組自動化設計工作，工程師。

審稿人：樸秀日