探討水電站水輪發電機組運行中甩負荷危害及應對措施

周懷生

（歐陽海灌區水利水電工程管理局，湖南 耒陽 421800）

針對一些規模較大的水電站水輪發電機組來講，由于其內部結構復雜程度比較高，一旦設備出現運行甩負荷故障，會嚴重影響水電站水輪發電機組的正常運行，降低水電站的經濟效益。為了保證水電站水輪發電機組運行更為穩定，文章重點研究水電站水輪發電機組運行中的甩負荷危害與應對方案。

1 科學應對水電站水輪發電機組運行中甩負荷危害的重要性

水輪發電機組作為水電站的核心系統，如果出現甩負荷現象，會降低水電系統的運行速率，能源利用率不斷下降，供水水平下降，無法滿足當地居民的用電需求。通過合理解決水電站水輪發電機組運行甩負荷危害，能夠保證水電系統的可靠運行，各項能源得到高效轉化，滿足當地居民的日常用電需求。

水電站水輪發電機組在運行的過程之中，部分設備會出現故障，對水電站的安全運行產生較大影響，為了保證水輪發電機組能夠穩定運行，相關技術人員要明確水輪發電機組出現甩負荷故障的原因，并采取科學的應對措施，盡可能地減少甩負荷危害的持續時間，保證水電系統實現高效運行，為當地居民提供更為優質的電力服務，保證水電站的經濟效益與社會效益得到良好提升。

2 水電站水輪發電機組運行中甩負荷危害分析

2.1 發電機轉動部件離心力突然增加

因為水輪發電機組發電機轉動部件離心力突然增加，轉動部件的振動與擺渡數值超過規定數值，水輪發電機組內部的轉動部分和靜止部分產生較大碰撞，使得部件遭受到一定破壞。例如，發電機轉子失圓和定子出現碰撞，水輪機轉輪和轉輪室出現碰撞現象等。

2.2 軸向推力出現顯著變化

如果水輪發電機組出現甩負荷危害，發電機組的轉速不斷升高，軸向推力出現顯著變化，特別容易引發以下危險。

第一，由于發電機組轉速的不斷升高，導葉開度不斷減小，軸線水推力和轉動重力呈反方向，若反方向軸向力超過規定數值，機組直接被抬起來，出現水泵升力抬機現象。

第二，水輪發電機組內部的尾水管出現負水錘現象，轉葉下部產生較大的水錘壓力，若負水錘現象比較嚴重，機組會直接被抬起來。出現抬機現象之后，水輪發電機組轉動部分會不斷上升，待轉動部分下降之后，鏡板和推力瓦出現較大撞擊，推力瓦出現大面積損傷，鏡板出現較大變形[1]。

2.3 導瓦與推力瓦出現大面積損壞

如果水電站水輪發電機組運行過程中出現甩負荷現象，導瓦與推力瓦很容易出現損傷，一些固定的連接螺栓出現松動或者破斷，尾水管出現大面積的裂紋，使得機組設備出現嚴重損壞。若水電站水輪發電機組運行過程中的壓力管道水壓快速升高，機組的蝸殼、管道會出現破裂。

3 水電站水輪發電機組運行中甩負荷危害的應對措施研究

3.1 水電站水輪發電機組甩負荷表現形式

水電站水輪發電機組運行過程之中，因為某些原因出現甩負荷現象，或者因為變電站開關出現故障，產生跳閘現象，使得運行機組快速與電網脫離，發電機轉速快速提升，機組發出異常的運行聲音，發電機組出現較為顯著的過電壓現象，此種現象被技術人員稱作水電站水輪發電機組甩負荷現象。

如果水電站水輪發電機組出現甩負荷現象，因為機組的機械能不能夠有效地轉換為電能被輸送，機組動力矩超過了其阻力矩，使得機組轉速越來越高，引水管的水壓不斷提高。機組中的各項保護裝置處于良好的運行狀態，機組轉速提升到最大數值之后，在調速器的控制之下，導葉會呈現快速關閉現象，機組轉速緩慢下降，最終進入到穩定狀態[2]。

若水電站水輪發電機組運行出現故障，發電機會突然將全部負荷甩出，在此期間，調速器若出現故障，或者水輪機導葉無法有效的關閉，機組轉速會隨著對應開度的不斷升高而提升，最終超過額定的轉速，機組發出較大的聲音，其內部出現較大破壞。通常來講，機組的飛逸出轉速會達到額定轉速的2.7倍左右，甩負荷之后，水電站水輪發電機組的轉速突然提升，機端電壓明顯提高，引水管水壓突然上升，機組設備與壓力管道安全性受到較大影響。

水電站水輪發電機組運行中出現甩負荷危害主要表現在以下幾方面。

（1）水輪發電機組運行發出超速的運轉聲音。

（2）水電站水輪發電機組的無功功率與有功功率，或者定子電流短時間內沒有指示，發電狀態指示燈熄滅，出口位置的斷路器出現分閘現象。

（3）自動測控后臺機發出報警信號，顯示器事故窗口界面直接彈出，音響發出較為低沉的報警聲。

（4）發電機指示燈呈現熄滅狀態，如果線路出現跳閘，機組的供電突然中斷。

3.2 水輪發電機組甩負荷危害產生原因

（1）水電站水輪發電機組出現勵磁或者電氣事故之后，機組會發出一系列的保護動作，發電機出口斷路器立即跳閘。

（2）水電站水輪發電機組調速器的油壓裝置發生較大故障，低油壓引發緊急停機現象，發電機出口位置的斷路器出現跳閘現象。

（3）主變壓器的保護動作異常，或者機組內部線路出現較大故障，使得主變或者線路斷路器出現跳閘[3]。

（4）保電力系統自身故障，使得水電站水輪發電機組內部線路開關發生跳閘。

3.3 日常的應對方案

對于相關技術人員來講，要明確水電站水輪發電機組出現甩負荷故障原因，并制定完善的應對措施，幫助發電機運行管理人員在值班期間，能夠更好地應對各項突發事故，保證機組和水電站建筑物出現的甩負荷故障得到更好處理。水電站水輪發電機組運行甩負荷危害的日常應對方案如下。

（1）中控室值班人員一旦發現水電站水輪發電機組運行異常，要快速檢查出口開關，觀察滅磁開關是否處于斷開狀態，如果勵磁開關沒有斷開，則需要采取手動方式斷開。增加直流應急照明設施，對柴油機發電機應急電源進行全面檢查，實現快速恢復供電。

（2）對于機旁值班人員來講，要對調速器進行科學檢查，判斷調速器的開度是不是滿足具體規定，如果調速器沒有出現任何動作，值班人員需要馬上按下快關電磁閥手動按鈕，保證導葉關達到空載開度[4]。如果情況比較緊急，值班人員可以按下緊急停機電磁閥的手動按鈕，將導葉全部關閉。

（3）為了避免調速器因為故障無法動作，或者導葉剪短銷剪斷比較多，水電站水輪發電機組無法減速與停止運轉，值班人員需要馬上安排專業人員前去關閉池機組進水快速閘門。

（4）水機層值班人員在實際工作當中，要在規定的時間內完成頂蓋排水工作，并在最短的時間內達到電機層，與機旁人員積極配合。

通過采取合理的應對方案，能夠保證水電站水輪發電機組更為安全的運行，例如，在某水電站當中，運用良好的機組甩負荷危害應對方案，水電站的經濟效益有了顯著的提升，具體見表1。

表1 應用良好應對方案后水電站經濟效益對比/%

3.4 制定完善的預防方案

為了保證水電站水輪發電機組運行中的甩負荷危害得到更好處理，制定良好的預防措施至關重要，相關技術人員可以從以下幾方面入手，具體見表2。

表2 預防方案分析

4 結語

綜上，通過對水電站水輪發電機組運行中甩負荷危害的應對措施進行合理介紹，例如明確水電站水輪發電機組甩負荷表現形式、水輪發電機組甩負荷危害產生原因，提出日常應對措施與預防措施等，能夠保證水電站水輪發電機組更為可靠的運行。