一起技術供水閥門動作異常事件的分析處理

張朝強

(廣東省粵電集團天生橋一級水電開發有限責任公司水力發電廠，貴州 興義 562400)

2017年9月30日，天生橋一級水電站運行人員反映3號機在停機過程中未收到SD325、SD326、SD327三個閥門的狀態返回信號(閥門在全開或全開位置均會上送信號至監控)，現地檢查，控制柜面板三個閥門信號燈為灰色，閥門停在中間位置。事后檢修部電氣二次班相關工作人員對信號回路，技術供水程序做了詳細梳理和分析，最終找到了問題原因，并成功處理了設備異常缺陷，現將分析報告，處理措施及經驗總結做一下簡要說明，供大家參考。

1 該水電站供水方式簡介

1)供水水源。機組冷卻水供水系統有三個水源：頂蓋取水、減壓供水和射流泵供水。當頂蓋取水作為主水源時，射流泵供水作為備用水源；當減壓供水作為主水源時，射流泵供水作為備用水源；當射流泵供水作為主水源時，減壓供水作為備用水源。選用何種供水方式由開機前安裝在技術供水控制柜上的方式選擇開關預先確定，開機時由機組順控流程聯動開啟主水源，正常關機后關閉當前運行的供水水源。各冷卻器排水管上裝有示流計，當幾個示流計同時發出冷卻水流量小信號時，備用水源自動投入并切斷原水源。技術供水簡圖如圖1。

圖1 技術供水圖簡圖

2)各供水方式下閥門的關閉狀態。正常情況下機組技術供水為頂蓋供水、射流供水、減壓供水三種方式的任一種加正向供水或者反向供水，正向供水或反向供水閥門狀態不會隨機組開停機變化；為防止技術供水長時間單方向運行，引起堵塞，正反向供水定期手動切換。

正向供水：SD330、SD329常開，SD328、SD331常閉；

反向供水：SD328、SD331常開，SD330、SD329常閉；

頂蓋供水：SD325、SD329常開，SD304、、SD308、SD309、SD310、SD326、SD327常閉；

射流供水：SD304、SD308、SD309、SD326、SD327常開，SD305、SD310、SD325常閉；

減壓供水：SD305、SD310、SD326、SD327常開，SD304、SD308、SD309、SD325常閉。

2 事件原因分析

電氣二次班技術人員檢查監控系統歷史記錄和技術供水PLC程序，確認此現象應為停機過程中閥門進行切換導致的，詳細說明如下：

查詢監控事件一覽表，3號機停機過程關于技術供水系統的簡要記錄如下：

2017-09-30 20:01:49.530，3號機導葉全關

2017-09-30 20:02:25.163，3號機下導冷卻水中斷

2017-09-30 20:02:44.621，3號機轉速<60%

2017-09-30 20:03:01.145，3號機上導冷卻水中斷

2017-09-30 20:03:59.666，3號機水導冷卻水中斷

2017-09-30 20:04:21.017，3號機推力冷卻水中斷2017-09-30 20:04:57.560，3號機空冷冷卻水中斷

2017-09-30 20:06:00.752，3號機轉速<15%

2017-09-30 20:06:25.464，3號機轉速<10%

2017-09-30 20:06:26.933，3號機冷卻水備用水源投入

2017-09-30 20:06:28.192，3號機冷卻水頂蓋取水電動閥SD325開信號復歸

2017-09-30 20:06:28.479，3號機冷卻水頂蓋排水電動閥SD327關信號復歸

2017-09-30 20:06:28.685，3號機射流供水出口電動閥SD309關信號復歸

2017-09-30 20:06:28.893，3號機冷卻水頂蓋排水總閥SD326關信號復歸

2017-09-30 20:06:29.734，3號機射流供水出口電動閥SD308關信號復歸

2017-09-30 20:06:40.513，3號機射流供水取水電動閥SD304關信號復歸

2017-09-30 20:06:45.972，3號機轉速<0.5%

2017-09-30 20:06:50.732，3號機空冷冷卻水中斷信號復歸

2017-09-30 20:06:50.941，3號機水導冷卻水中斷信號復歸

2017-09-30 20:06:51.782，3號機推力冷卻水中斷信號復歸

2017-09-30 20:06:52.414，3號機接力器鎖定投入

2017-09-30 20:06:52.832，3號機上導冷卻水中斷信號復歸

2017-09-30 20:06:52.832，3號機下導冷卻水中斷信號復歸

2017-09-30 20:06:53.000，3號機組開出第50點動作(3號機停機組冷卻水及主軸密封水)

2017-09-30 20:07:09.354，3號機射流供水取水電動閥SD304關

2017-09-30 20:07:12.714，3號機下導冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:13.556，3號機上導冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:15.654，3號機水導冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:16.706，3號機推力冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:17.554，3號機空冷冷卻水中斷

2017-09-30 20:07:17.964，3號機射流供水出口電動閥SD308關

2017-09-30 20:07:19.505，3號機射流供水出口電動閥SD309關

由上述記錄可以看出，由于3號機采用頂蓋供水方式，在導葉全關后，各部軸承和空冷冷卻水示流計陸續報中斷信號，此后一直未復歸。根據技術供水系統PLC程序分析：在收到開技術供水令(由機組LCU在開機過程中開出)且未收到停技術供水令(機組停穩即轉速小于0.5%ne時由LCU開出)的情況下，若上導、下導、推力、水導、空冷冷卻水中斷信號同時存在，系統將判斷為現供水方式不滿足要求，切換至備用水源供水。因此，選擇頂蓋供水方式時，在機組停機過程中技術供水PLC會判斷為“技術供水中斷”而自動切至備用水源供水的備用供水即射流供水，是自動控制的正確結果，是正常現象。

但通過事件記錄看出，收到停技術供令后SD304、SD308、SD309正常關閉，而SD325、SD326、SD327三個閥門在切換供水方式動作后直到流程結束，并未返回動作到位信息，結合運行人員現地檢查，三個閥門確實停在中間位置。檢修人員通過進一步分析技術供水程序，系統收到監控發出的停技術供水令即事件記錄中的“3號機組開出第50點動作(3號機停機組冷卻水及主軸密封水)”后，關閉相應閥門，如圖2所示。

圖2

程序中關閉的閥門不包括SD325、SD326、SD327，這是因為混流式水輪機一般在轉輪上冠和頂蓋之間都必須排水，三個閥門不動作是為了保證把轉輪上迷宮漏水集中引出[1]，而 停技術供水令卻復位了開技術供水命令ZJBL1[0]，如圖3所示。

圖3

在切換供水方式后所有閥門動作的前提是有ZJBL1[0]的存在，一旦此命令復位，所有閥門停止動作，故三個閥門SD325、SD326、SD327在動作過程中停在了中間位置，如圖4所示。

圖4

3 事件進一步分析討論及防范措施

機組在頂蓋供水方式下，導葉全關后，技術供水壓力和流量必然會逐漸減小至中斷，通常技術供水系統只采用流量開關的開關節點作為示流信號的判據，而流量開關可靠性較低也會造成系統故障[2]，天生橋一級水電站管道示流計采用的是德國TURCK公司生產的FCS-G1/2A4P-VRX/24VDC、該型號產品曾在其他機組做過實驗，冷卻水中斷信號的壓力值約為0.1 MPa，能夠準確可靠報出技術供水中斷信號；導葉全關后，機組轉速降低。此時需要在合適的轉速區間經電氣制動或混合制動將機組快速停穩，避免低轉速下長期運行對推力瓦的磨損。而在頂蓋供水方式下，導葉全關后，技術供水壓力和流量必然會逐漸減小至中斷。此時及時切換至備用水源供水，可以持續對各部軸承尤其是推力軸承進行散熱，也是有利的。

停機過程中切換備用水源供水是非常有必要的，而停機過程中閥門停在中間位置則為非正常狀態，針對此現象，檢修人員重新梳理程序，決定在系統收到停技術供水令后加一個中間變量T-LCU，兩分鐘延時后開出停冷卻水令ZJBL1[11]關閉相應閥門，因為閥門動作超時時間為兩分鐘，延時兩分鐘可以保證閥門動作到位，程序改動如圖5。

圖5

4 結 語

我們注意到天生橋一級水電站采用了頂蓋供水、射流供水、減壓供水三種相結合的方式，頂蓋供水是在頂蓋以某一半徑的圓周上開一定數量、大小合適的取水孔，將轉輪與頂蓋之間間隙的滲漏水引致水輪機的機墩外，僅用少量的取水管路便可將冷卻水引至各用水設備[3]。查閱相關資料，頂蓋供水在設計之初主要考慮到占地面積、維護工作量等諸多因素，對比其他供水方式，采用頂蓋供水每年可減少冷卻水用量約2 000萬m3，如果這些水用于發電，每年可獲得將近120萬的效益，但是頂蓋供水不僅與水輪機水頭和流量有關，還與水輪機的結構密切相關[4]，某電廠曾發生過用頂蓋取水作為技術供水來調相運行時，機組推力瓦溫升高，使本來就逼近報警值的瓦溫和油溫更加處于風險邊緣，同時機組主軸密封水漏水量增加，3臺頂蓋排水泵同時啟動也無法控制水位的現象[5]，因此水電站可采用頂蓋供水用作主供水方式，其他方式相結合的方案，這樣既節約了成本，又保證了冷卻水供水的可靠性。