紫蘭壩水電站機組蠕動原因淺析與處理

方小彥

（華電四川發電有限公司寶珠寺水力發電廠，四川 廣元628003）

紫蘭壩水電站位于四川省廣元市，是白龍江干流梯級開發規劃中最后一個梯級電站，河床式開發，共安裝3臺三相同步、臥軸燈泡貫流式水輪發電機組，總裝機容量102 MW，保證出力29 MW，年發電量4.41億kW·h。發電機技術規范：型號SFWG34-44/6020，額定容量34 MW，額定電壓10.5 kV，額定電流 1 968 A。水輪機技術規范：型號 GZ（836）-WP-535，額定出力35 MW，最大水頭19.9 m，最小水頭8.1 m，額定水頭15.4 m，額定流量246.8 m3/s，額定轉速136.4 r/min。發電機組合軸承由正反推力軸承和徑向軸承組成，徑向軸承采用分塊瓦線支撐結構，下部設4塊工作瓦，上部設2塊輔助瓦，徑向瓦采用高位油箱自重力供油和瓦面進油邊表面開槽入油的潤滑方式；組合軸承正常運行時除采用冷卻油噴淋方式冷卻，在啟動及停機過程中由高壓油系統將機組的轉動部分頂起，軸承供油循環方式為：高位油箱—水導軸承—低位油箱—油冷卻器—高位油箱，軸承油箱內基本不存油。發電機制動采用機械制動方式，停機轉速降至25%額定轉速時投入，制動氣壓在 0.5～0.7 MPa。

1 機組蠕動情況

2016年6月4日21：30，根據日發電計劃，紫蘭壩電站中控室執行3F機組“發電轉停機”流程，21：31解列，上位機簡報“3F機組轉速未小于1%，流程退出”，機組處于不定態，機組有6.8%的轉速，監控畫面顯示機組大軸仍在緩慢轉動，機組輔助設備在運行狀態，現地檢查制動氣壓0.68 MPa，風閘已在投入狀態。復歸風閘后手動加閘，機組轉速6.1%，機組處于不定態，機組仍蠕動，令ONCALL人員將機組手動開至“空轉”態，切除3F機組協聯，中控再次執行“空轉轉停機”流程，機組停穩。紫蘭壩電站1F機組、2F機組、3F機組均多次出現過蠕動現象。

2 造成紫蘭壩電站1F機組、2F機組、3F機組蠕動的可能原因淺析

（1）導葉被雜物卡住關閉不嚴，漏水嚴重引起機組蠕動。紫蘭壩電站地處山區，庫區植被茂密，枯枝朽木較多，到汛期的時候，山溝水量增大，大量漂浮物被沖至水庫，雖然每臺機組前面都裝有攔污柵，但若清渣不及時，便會有雜物被沖入流道，進入水輪機組的導水機構，另外，在攔污柵清渣過程中，也可能有較大漂浮物進入流道卡在導葉之間。

（2）導葉磨損嚴重，導葉間隙增大。導葉的磨損是無法避免的，當導葉因磨損而間隙增大后，會使水輪機在停機狀態時漏水量增加。漏水量的增加，又加劇了間隙汽蝕的破壞，使導葉間隙變得更大，若漏水特別嚴重，水輪機在停機導葉關閉后，較大的水流沖擊轉輪時就可能使水輪機轉動部件緩慢轉動，出現蠕動。

（3）導葉控制環抗磨板磨損嚴重。導葉控制環頻繁動作，極易造成控制環滾動面的磨損，臥軸燈泡貫流式機組控制環抗模板磨損嚴重，會導致控制環和外配水環同心度發生偏移，造成不同心，影響導葉開度，使導葉關閉不嚴，引發機組蠕動。

（4）加閘系統故障。紫蘭壩電站采用機械制動方式，停機轉速降至25%額定轉速時，投入8塊風閘將轉子頂起，從而快速停穩機組。若風閘系統出現故障，機組轉速降至加閘轉速后不能進行自動加閘，機組惰性停機，機組就可能長時間在較低轉速下蠕動。

（5）彈簧連桿斷裂脫落。紫蘭壩水輪發電機導水機構采用的是彈簧連桿與普通連桿間隔布置方式，正常情況下，彈簧連桿起普通連桿的作用，一旦導葉被異物卡住，彈簧連桿的彈簧因受力超過允許值使彈簧連桿曲折產生位移，若受力過大，彈簧連桿就可能斷裂。受斷裂彈簧連桿控制的導葉在連桿斷裂后不再受到控制，無法關閉，導致機組停機過程中大量水流通過導葉，造成蠕動。紫蘭壩電站1F機組發生過一次彈簧連桿斷裂脫落，2F機組發生過兩次彈簧連桿斷裂脫落，3F機組發生過一次彈簧連桿斷裂脫落。

3 運行人員遇機組蠕動可采用的應急處理方法

臥軸燈泡貫流式水輪發電機軸承油箱內基本不存油，機組停機流程退出后，潤滑油系統停止工作，若機組出現蠕動，此時大軸仍然轉動，如果軸承與軸瓦之間已無油膜，就可能出現軸承干摩擦，引發燒瓦事故，燒瓦事故發生后，檢修工作量大，機組將很長時間不能運行，會對水電廠造成很大的經濟損失，故臥軸燈泡貫流式機組是絕不允許長時間蠕動的，運行人員在工作過程中一定要加強監視，發現機組蠕動，可根據蠕動出現的原因，采取以下方法將機組停穩。

（1）引起蠕動的原因為導葉磨損嚴重或導葉控制環抗磨板磨損嚴重，這兩種缺陷一般短時間沒辦法消除，且基本上停機便會出現蠕動，但將機組協聯關系切除后能正常停機。這種情況下，停機之前通知ONCALL人員配合，手動啟動制動低壓空壓機，將制動氣壓打至制動氣系統最高壓力值即0.7 MPa，中控室上位機啟動××機組“發電態轉至空轉態”流程，確定機組已在空轉態后，令ONCALL人員將機組調速器協聯切除，然后將調速器恢復至“遠方”“自動”，中控室上位機發機組停機令，觀察××機組轉速下降情況，將監控攝像頭調至機組大軸處，監視大軸轉動情況，確定機組停穩流程退出后，手動將××機組風閘頂起，保持制動閘塊投入狀態，協聯保持切除狀態。開機組前，上位機先單點投入潤滑油系統、高壓油頂起油泵，再釋放制動閘塊，投入協聯關系。之所以切除協聯，是因為如果協聯不切除，停機完成后，輪葉會自動打開到初始設定值55%處，若此時導葉漏水大，就可能使輪葉轉動，在空轉態將協聯切除，協聯關系破壞，輪葉將保持空轉時的開度即全關狀態，這樣即使有水流通過導葉，此時水流沖擊輪葉的角度已變成不易將輪葉沖轉的角度，減小了轉動的可能。

（2）機組蠕動的原因是導葉被雜物卡住。這個原因引起的機組蠕動一般出現在壩前漂浮物較多時或者剛清理完攔污柵后，若此時機組輔助設備未退出，機組轉速比較低，可單點退出高壓油頂起裝置，檢查機組轉速下降情況，若機組仍不能停穩，可現場確認制動系統無故障，制動氣壓正常后，再次手動投入制動閘，監視機組轉速呈下降趨勢，若轉速下降機組停穩，則保持制動閘塊在頂起狀態，下次開機時再將閘塊釋放。若機組仍然停不穩，應立即投入機組減載泵，釋放制動閘，現地手動將機組開至空轉狀態，通知檢修人員落門停機。

（3）導葉漏水是無法避免的，導葉即使在關閉狀態下也并不能完全密封，若是導葉漏水較大導致機組在停機過程中轉速較高，無法下降至投入加閘的25%額定轉速，待停機流程超時退出后，立即將機組開至“空轉”，通知機修落門停機。

（4）若是加閘系統故障，導致機組在停機過程中無法加閘而造成機組蠕動，應立即將機組開機至空轉狀態，通知檢修處理，待加閘系統恢復正常后再停機，若是加閘系統短時間處理不好，可通知檢修落門停機。加閘系統故障的原因很多，比如：風閘管路系統故障，若是這種情況，應立即通知檢修人員進行處理；空壓機未自動啟動，現場檢查無異常后立即手動啟動空壓機，待儲氣罐氣壓正常后再檢查氣機不能自動啟動的原因；自動加閘電磁閥故障，此種情況，可在轉速下降至25%額定轉速時手動投入風閘，待機組停穩后在通知檢修人員處理。

（5）若是某個或者某幾個彈簧連桿斷裂脫落導致在停機過程中發生蠕動，觀察機組轉速下降情況，如果降至加閘轉速閘塊頂起后機組停穩，保持加閘狀態，如果停不穩，將蠕動機組開至空轉運行，通知檢修落門停機。

4 紫蘭壩水電站機組蠕動的主要原因及處理措施

根據統計，造成紫蘭壩水電站機組蠕動的主要原因有導葉被雜物卡住和導葉控制環抗磨板磨損兩項。導葉之間卡雜物主要發生在汛期，特別是壩前漂浮物大量堆積未得到及時清理時，采取的處理措施是將紫蘭壩水電站攔污柵清理納入定期工作，汛期的時候實行機動清渣，一旦壩前漂浮物增多，便找機會停機清渣。倘若雜物已經卡在導葉之間，可增大導葉開度用水流將其沖走，如若不行，停機進入流道將雜物取出即可。導葉控制環抗模板磨損是客觀存在、不可避免的，紫蘭壩水電站針對控制環抗模板磨損較快，采取的處理措施是定期更換。從運行效果來看，這兩項措施的應用，較好地解決了紫蘭壩水電站機組蠕動問題。

5 結束語

機組蠕動是比較常見的故障，運行人員若是遇到不必驚慌，只要大家在工作過程中加強監視，同時做好事故預想，發生機組蠕動事故，能在第一時間發現，并快速采取有效措施將機組停穩，基本不會造成較大危害。本文提出的燈泡貫流式水輪發電機出現蠕動現象后的停機方法，經過紫蘭壩水電站運行人員實踐，被證明效果顯著，同類型水電站遇類似問題可加以參考、借鑒。