燈泡貫流式水輪發電機組運行技術管理疑難問題原因分析

2015-04-05 19:54:21李爾成胡成佑

水電站機電技術 2015年12期

李爾成，胡成佑

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司，青海尖扎 811999）

李爾成，胡成佑

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司，青海尖扎 811999）

摘要：隨著水電事業的快速發展，燈泡貫流式水輪發電機組廣泛應用于中小型水電站。機組特點是低水頭、大流量。經過對貫流式機組系統培訓學習和十多年的運行經驗積累，本文分析了貫流式水輪機的結構特點、貫流式水輪機的應用現狀及實際運行中遇到的操作隱患,探討了我國貫流式水輪機的應用前景及技術發展，對我國各類水電資源開發,特別是加強各類貫流式水輪機組的技術開發和關鍵技術研究提出了建議。

關鍵詞：貫流式水輪發電機組；定子絕緣下降；軸承漏油；自動執行流程；水位調整

發電運行管理是一項瑣碎而艱巨的工作，要求具有很強的責任心，工作壓力重，擔負著水電站的人身安全、大壩水工建筑物安全和所有生產設備安全的重要責任，事關整個電站經濟命脈，是電站主要生產部門。運行管理是以豐富的工作經驗為基礎，以準確的操作技能為實力，以具有執行力的管理方法為載體的綜合體。

全國省市已實現系統聯網，目前電力供需基本達到平衡，節能減排力度加大。本文運用技術經濟學和生產運作管理理論，根據青海大唐國際直崗拉卡水電站的實際情況，從運行管理的體制、內容以及技術管理著手，分析了燈泡貫流式水電運行管理存在的主要問題，提出了優化方案。對提高中小型水電站的市場競爭力和經濟效益有著重大現實的意義。

1運行管理的作用和現狀

隨著社會的不斷進步和國家電力的不斷發展，由于火電項目投資巨大和木炭市場價格的普遍上漲，國家節能減排和環保要求日益嚴格，政策迫使小型火電機組關閉，火電廠發電成本不斷增加。全國中小型水電項目裝機數目大幅度增加，造成發電設備有效利用小時進一步下降，這將直接影響發電能力和盈利水平。可見，提高設備可靠性，降低生產成本，提高水能利用率和發電效益，重視環境保護，確保設備安全、穩定、經濟運行已成為中小型水電站的迫切需要。因此發電運行管理在提高發電量、降低發電成本、保護生態環境、提高機組安全經濟效益和電站長久持續發展等方面占據著舉足輕重的地位，發揮著巨大的作用。

運行管理的作用之一：精簡了機構和人員，便于選拔高素質人員進入管理崗位，提高人員工作效率及整個管理機構的效率，同時降低管理成本。作用之二：提高運行人員的工作效率。根據員工的特長，用其長避其短，充分發揮員工的潛能，整個運行工作的效率就會得到提高。這有利于提高運行人員的團隊合作精神和戰斗力，降低實際操作失誤，并能保證各項生產任務和經濟指標的順利完成。作用之三：提高值長的生產調度效率。值長作為生產一線的指揮者，對整個電廠全系統的運行方式了如指掌，對不同崗位的重要性及對人員的素質要求更加清楚。及時調整人員在不同崗位上的分配，這有利于人員的優化和培訓，保證了重要崗位安排高素質人員，有利于保證電廠的安全生產和經濟運行。值長合理制定培訓計劃，不斷提高員工的專業知識和業務技能。值長對各專業人員的工作能力、工作態度以及處事更加了解，這對合理進行人員工作搭配、確保順利完成工作任務都是十分必要的。

運行管理模式是以保證全廠所有生產設備及電網的安全穩定作為指導思想，是直線職能制的管理模式。以燈泡貫流式機組的電站為例，生產人員配制較少，即主管生產副總經理、總工程師下管轄發電部主任，值長、主值班員、副值班員、見習值班員或學員。

直線職能制的運行管理模式是計劃經濟體制下的產物。由生產副總經理全面主抓生產工作，包括運行和檢修；發電部主任配合生產副總經理主抓運行工作，包括運行方式的合理安排，配合大小修計劃及發電量的完成情況，并及時調整機組的輪換運行方式，配合設備檢修協調，安排好設備檢修中的運行方式及調整工作安排。

當班期間值長是安全生產第一負責人，受生產副總直接領導，擔任全廠運行和操作上的全面領導，負責發電運行的協調、指揮、監督和安全經濟運行工作，負責同省調、地調的調度聯系工作，按調度指令及時調整機組相應的運行方式。當事故發生時，值長必須立即處理，

盡快將事故情況向值班調度和主管領導匯報。

2運行管理存在的突出問題

根據目前燈泡貫流式水電機組的的運行現狀來看，運行管理存在以下突出問題：

2.1備用狀態下發電機定子絕緣下降

貫流式水電站是開發低水頭資源較好的方式，它與中、高水頭電站和低水頭立軸的軸流式電站相比，具有以下顯著的特點：

（1）效率高、結構簡單、施工方便。貫流式水輪發電機組從進水到出水方向軸向貫通，水流不拐彎，流道尺寸大而短，過流通道的水力損失少，效率高，結構簡單，施工方便。

（2）有較大的比轉速，所以在水頭和功率相同的條件下，貫流式水輪機的直徑要比轉漿式水輪機小。以管形殼為主要支撐的布置方式，整臺機組的受力主要通過管形殼傳遞至廠房基礎。發電機定子下側的球面支撐主要是用來平衡燈泡頭定子部分所引起的浮力。發電機定子兩側的支座是為了防止機組在運行中引起振動。燈泡頭和燈泡體外側是流道，水輪機大軸橫向布置，轉子和槳葉縱向安裝。

在流道沒有排水的情況下，燈泡頭內外溫差較大，尤其在夏季溫差尤為明顯。甚至在燈泡體和燈泡頭內壁形成很多結露。發電機在長時間備用時定子絕緣容易受潮，造成定子絕緣下降。

雖然目前的貫流式機組在設計和安裝中已考慮到在風洞內加裝4組或6組停機加熱器和吸濕器、干燥器等輔助設備，在定子引出線處加裝停機加熱器等措施，但是因風洞內部空間加大，機組備用狀態時風洞門和燈泡頭豎井人孔門是關閉的，燈泡頭豎井橫截面積較小，內外空氣流通交換不暢，加熱干燥效果不理想。長時間備用容易造成定子絕緣下降。給發電機正常并網發電帶來不便。并網前需要及時搖測定子和轉子絕緣電阻。若出現定子絕緣下降的現象，造成的麻煩更大。需要將發電機由備用轉為檢修狀態，斷開勵磁系統引流線，給定子加上廠用電進行短路干燥。這樣既減小了機組的可利用小時數，增加了很多工作量，也浪費廠用電。

因此，在日常運行管理中需要根據實際上游來水量，盡量減少機組的備用時間；在上游來水量不足以并網開機時需要每日進行機組輪換，及時調整運行方式。

2.2主軸密封水壓力不足，增加事故停機幾率

主軸密封是燈泡貫流式水輪機的關鍵部件之一，設置在水導軸承與轉輪之間。其作用是減少水輪機轉動部件（主要指主軸）與固定部件的漏水量。其性能優劣對機組運行穩定性、可靠性和電站效益有重要的影響。由于主軸密封漏水靠自重排至電站滲漏集水井內，一旦漏水不能及時排出積累在燈泡體內，將造成嚴重事故。

主軸密封系統由密封潤滑水池、總濾水器、密封水管路、連接法蘭、供水總閥、示流器、雙筒過濾器、電磁閥和壓力表構成。主軸密封水的開啟和關閉通過開停機命令由電磁閥來實現。

密封潤滑供水泵根據水池水位能夠可靠實現自動啟停。機組主軸密封水是從水池自動流入供水管。在執行開機流程至“開啟主軸密封水電磁閥”時電磁閥自動打開，開始供水。執行停機流程時電磁閥自動由于大壩設計高度的限制，主軸密封水最低工作壓力為0.11MPa，日常運行時水壓為0.2MPa。雨水過后，河水嚴重渾濁，機組主軸密封水隨之渾濁，過濾器堵塞造成管路水壓降低，示流器信號顯示不滿足供水量，機組因主軸密封水中斷直接事故停機。

為了避免機組因主軸密封水中斷直接事故停機，運行管理勢必增加工作要求。在遇到河水渾濁時及時切換主軸密封潤滑水過濾器，并要求設備管理部門及時清洗過濾器。

主軸密封的日常運行不需要維護，但每年應檢查一次。發現主軸密封襯套有嚴重磨損時應及時檢修處理。平時漏水情況嚴重時應檢查密封的磨損情況和有關間隙值，視情況進行調整和更換。密封的檢查可通過投入檢修密封后檢查排水管道處是否漏水，來判斷空氣圍帶是否正常。

2.3發電機組合軸承和水導軸承潤滑油壓力不足

軸承潤滑油系統是燈泡貫流式機組重要的輔助設備。其工作是否正常，直接影響著機組的安全運行。因此必須要保證潤滑油系統的正常運行。本系統有兩種油路：高壓頂起油路和低壓潤滑油路。

高壓頂起油路用于機組在啟停時給發電機側的徑向軸承和水輪機側的徑向軸承提高高壓油，便于機組轉速低于額定轉速的15%時在徑向軸承與大軸之間建立油膜。低壓潤滑油路為水輪機導軸承、發電機導軸承及正反推力軸承的正常運行提供用油。油系統由軸承潤滑油箱、軸承油泵、高壓油泵、油管路、油冷卻器、高位油箱、軸承供油電動閥和回油管組成。

貫流式機組的軸承供油從高位油箱自流至軸承，再通過油流分配閥或手動調節閥控制油流量分給各部軸瓦。每個軸承進油孔均在軸承底部，回油孔在軸承頂部，每個供油管下端接近軸承的部位均裝有壓力開關和壓力變送器，為開機條件提供壓力信號，機組運行時能夠保證軸承油槽滿油。

執行開機流程時只有各油管路有壓條件滿足才能執行下一步流程，在調速器發出開機令之前高壓頂起油泵自動啟動，用高壓油在發導軸承和水導軸承內建立油膜。此時，大軸仍在靜止狀態，高位油箱供油電動閥開啟開始自流供油。軸承油槽中的自流潤滑油能夠滿足開機條件。當機組轉速達到額定轉速的95%以上時，高壓頂起油泵自動停止，直至并網運行后由高位油箱供給潤滑油。

由于各部油管路安裝布置不當，燈泡體內空間受限制，壓力開關的安裝位置不合理等因素，在機組正常運行時壓力變送器反饋給監控系統的壓力信號不恒定，總是會長期出現正推軸承潤滑油管路、反推軸承潤滑油管路和水輪機徑向軸承潤滑油管路有壓三個信號不滿足。是機組安全運行的一大隱患，長期以往會給運行人員思想麻痹大意，當真正出現潤滑油中斷時措手不及，后果不堪設想。即使潤滑油油壓略有不足時，正常運行的軸瓦溫度也會升高。

為此，在運行管理中增加對軸承潤滑油泵、高位油箱、軸承供油電動閥的巡視次數，保證潤滑油系統正常循環。重點監視發導和水導瓦溫，發現有異常情況及時停機。督促設備部及時更換潤滑油系統各部的壓力變送器。建議對供油管路進行技術改造，加裝油流分配閥，調整管路各部的壓力開關位置。

2.4泄洪閘密封老化破損較快，泄洪閘操作時左右偏差較大

泄洪閘為采用液壓操作系統的弧形門。弧門左右兩側是橡膠密封槽。每年汛期黃河流量超過1400m3/s。為了保證大壩安全，洪水期間會經常操作泄洪弧門棄水，根據實時來水量需要進行多次開關弧門操作。弧門液壓操作系統的操作油通過長約10m的壓力油軟管送至弧門接力器的操作腔。弧門左右兩側的密封強度不完全相等，在弧門升起和降落時會產生左右開度偏差。進行過多次操作后，弧門密封條會受到嚴重破損，在弧門完全關閉時會出現嚴重漏水。

冬季枯水期沒有弧門操作機會，整個冬季氣候干燥，橡膠密封條受風化老化程度加劇，在執行定期操作工作時密封條破損程度更大。為了不產生棄水，弧門檢修工作一般安排在冬季。

在定期工作中增加液壓系統啟動試驗項目，啟動時間也可適當延長，及時排除壓力油管路中的空氣，使弧門左右操作油管路中的油壓相等，這樣會減小操作時的左右偏差。

2.5發電機組合軸承漏油檢修難處理度大

貫流式機組的主軸是橫向布置，發電機組合軸承在主軸靠上游側一端，發導軸承在主軸靠下游側一端。軸承支撐力方向與主軸橫向表面垂直。發電機組合軸承前端面緊靠發電機轉子輪輻，由正推力軸承、反推力軸承和發導軸承組成。組合軸承的滲漏油沿著轉子輪輻流到定子線棒底部，或經轉子旋轉甩油沉積在轉子和定子線槽內。

油污對大電機定子和轉子造成污染，加速絕緣的老化，同時會影響其散熱效果，從而降低機組使用壽命。在轉子制動閘塊和閘板上積累過多油污，在制動閘投入時會產生很大煙霧，更嚴重的是會引起油污著火的危險。由于漏油將導致機組潤滑油系統油量減少，從而會導致機組由于油位過低而停機。又會對發電機內的控制、測量、信號裝置元件和電纜等造成損壞。

在每年大修時均會發現各機組組合軸承有不同程度的漏油。定子底部的積油，已嚴重威脅機組的安全運行，經油循環檢查，發現推力軸承下部與支撐環把合面、徑向軸瓦與支撐環的把合密封面均有漏油。

結合機組其它大修項目，組合軸承漏油處理需要的安全措施有：

1）投入導葉鎖定和轉子鎖定，切除調速器，流道排水完畢；

2）潤滑油系統排油完畢，切除潤滑油泵；

3）拆除各供、排油管和壓力流量變送器等元件；

4）切除發電機空冷器和停機加熱器；

5）斷開發電機電調PT，斷開發電機中性點；

6）在發電機出口母線和勵磁引線裝設三相短路接地線；

7）風洞內需進行氣割、電焊敲擊等作業，需要辦理相應的動火工作票，并做好防火措施，準備好足夠數量的泡沫滅火器材。

除以上安全措施的布置繁重外，拆除和回裝工藝更為復雜，需要委外專業人員進行作業。回裝后進行油系統循環檢查試驗，并清理風洞內油污，疏通風洞底部的排油孔，加裝引油管。

組合軸承的漏油檢修難度很大，根據各種漏油的可能性和設備的實際情況正確分析漏油的原因，徹底解決組合軸承靠轉子側的漏油點，能直接提高工作效率和單位的經濟效益。

3水庫調度管理

直崗拉卡水電站裝機容量為5×38MW，單機額定發電流量為336.7m3，額定水頭為12.5m，水庫最大庫容為0.15億m3。電站距離上游李家峽水電站7.5km。正常運行方式下水庫無調節能力，汛期入庫流量大于發電流量時會有提弧門泄洪棄水。

直崗拉卡電站無水庫調度部門，水庫調度中的入庫流量咨詢和汛期外部防汛聯系均由發電部兼管。長期以來，要求上游水位控制范圍在2049.9± 0.1m。李家峽水庫出庫流量稍有變化會很快影響直崗拉卡的庫區水位。當來水量發生變化時為了保持庫區水位的穩定，要求在很短時間內調節機組負荷或頻繁開停機，調節難度很大，值班員監盤工作量增大。加之上游李家峽電站為地區第一調頻點，受網調直接調管。調頻期間的出庫流量變化幅度在50m3/s 至1300m3/s，給本電站的負荷調整帶來很大難度。

為此，發電部采取的措施有：一是要求與上游電站簽訂《出庫流量變化聯系》協議，當上游電站出庫流量在原來基礎上增加或減少200m3/s時及時通知發電部。二是與上游電站發電部做好溝通與協調，保持長期良好的關系。三是根據發電部多年的水庫調節經驗，在發電部管理制度中增加“以流量定水位，以水位調開度”的水位調節方案，要求值班員養成良好的工作心態，耳、眼、手共用，集中精力監盤，時刻牢記安全生產和經濟效益，但不能盲目追求經濟效益。四是與黃河上游水庫調度自動化系統聯網，以各梯級電站的發電流量作為參考。

4加強人員操作技術培訓管理，培育人員安全文化

隨著計算機科學的發展，兩票管理已實現電子流程，在大唐國際安全生產管理系統中已建立和完善了標準工作票和標準操作票。兩票的標準化使用率達到100%。標準票的使用在很大程度上提高了工作效率，但同時也消弱了人員學習積極性。每個操作內容完全依賴于標準操作票，而沒有真正做到每次操作前到現場核實安全措施。

安全生產不僅涉及到人身和設備安全的問題，更嚴重的是危及整個電網的安全和每位員工家庭的安全。關系到用戶的正常生產、生活和社會的穩定，關系到每個員工父母、子女的健康。因此保障電力生產的安全，加強安全文化建設顯得尤為重要；保障電力安全的前提是不斷加強人員的操作技能培訓，提高業務能力。

完善安全生產的各項規章制度，做到“凡事有章可循，凡事有人負責，凡事有人監督，凡事有據可查”。要建立健全以行政領導為核心的安全生產指揮體系，以總工程師為首的安全生產技術保障體系，確保年度發電任務的完成和“零事故、零非停”目標的實現。

加強安全教育，提高安全思想意識。要避免事故的發生必須要嚴格遵守《操作規程》和《電力生產安全工作規程》，每年至少組織一次安規考試。同時開展有關安全生產知識的網絡答題和安全生產月活動，由各值安全員在班組組織學習事故案例并做好會議紀要。真正做到“四不傷害”，營造濃厚的安全生產氛圍。

認真組織月度安全分析會，學習公司《安全簡報》和安全監督網會議記錄，分析全廠安全生產形勢，總結安全工作經驗和教訓，制定加強安全生產管理的預防措施，發現問題超前考慮，超前布置措施。

在技術培訓方面，積極鼓勵員工參加各種知識競賽和專題講座。每月按時完成個人培訓，個人培訓題目自擬并作答，在班組創造良好的學習氛圍。積極

參加集團公司或專業公司舉辦的各種知識競賽，給員工增加外出學習培訓的機會。這也是提高各種積極性和實現自身價值觀的一種重要舉措。

5充分運用現代運行管理技術

水電站現代化、科學化管理是運用科學的管理思想、管理方法和現代管理技術與統計分析手段，對發電過程進行優質、高效的管理，是進一步提高水電站管理工作的效率和水平的過程。目前，在用的現代管理包括新技術的應用、構筑和建設安全生產管理信息系統、點檢管理信息系統、缺陷管理系統、企業資產管理系統、黃河上游水庫調度信息系統等。維護管理標準化、規范化、程序化、現代化，全面推行標準兩票，風險預控管理，推行“三講一落實”制度，落實安全生產責任制，優化資本結構，加強成本管理，做好設備檢修分析，做好臺賬的動態檢查，組織召開月度運行分析和事故分析會，采用進行反事故演習等實際操做手段加強人員素質教育等。

對計算機監控系統進行改造，優化網絡技術，采用光纖技術等現代化媒體，使水電站運行管理更可靠、更安全、更經濟、更實用，且保持了技術的先進性，大大提高了勞動效率，提高了設備的自動化水平。

監控系統采用通信機與工業電視系統及電能計量采集系統、電力系統調度自動化系統、水情自動測報系統，大壩安全監測系統等連接，使水庫運行優化合理。