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[摘 要]介绍了桃源水电站灯泡贯流式机组机构特点，并对桃源水电站机组运行特点及故障处理进行分析，以便于在灯泡贯流式机组运行时借鉴和思考。
[关键词]灯泡贯流式机组、结构特点、运行特点、故障处理
中图分类号：TK733.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0073-01
1、桃源水电站简介
桃源水电站位于湖南省常德市桃源县城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一个水电开发梯级。坝址多年平均流量2060m3/s，多年平均径流量650亿m3。水库正常蓄水位39.50m，利用河段落差约7.5m，机组额定水头为5.6m，装机总容量为180MW，装设9台单机容量20MW的灯泡贯流式机组，电站多年平均年发电量7.93亿kW·h，装机年利用小时数4404h。主体工程于2010年11月开工建设，首台机组于2013年10月30日并网发电。
2、桃源水电站机组结构特点
机组采用卧轴水平布置，水轮机、发电机共用一根大轴为两支点双悬臂的支承方式，水轮机侧为水导轴承，发电机为组合推力轴承。管形座为机组主支承，传递机组在各种工况下的径向力、推力及扭矩、以及机组的自重力。发电机被安置在完全密封的灯泡体内，灯泡体成为水轮机流道组成部分。机组的支撑采用管形座上、下两根立柱为主支撑，发电机水平和垂直防振支撑为辅助支撑的方式。立柱与混凝土为刚性连接，承受水推力产生的弯矩和发电机转矩。辅助支撑为弹性连接，主要承受灯泡体的重量、浮力和不平衡力以增加机组的稳定性。垂直的竖井布置在灯泡头的顶部，竖井里布置有电力电缆、励磁和辅助电缆，以及冷却水管及制动气管，检查和维修人员使用的爬梯也布置在竖井内。发电机冷却方式为常压、外加风机式强迫通风闭路循环，二次冷却。励磁方式采用自并励可控硅静止励磁。
3、桃源水电站机组运行特点
3.1 机组运行稳定性良好、效率高
3.1.1 灯泡貫流式机组浆叶与导叶协联关系好，协联范围宽广，流道对称。因此，灯泡贯流式机组具有运行稳定，效率高，机组振动与摆度值小，运行噪声可满足规范要求等特点。
3.1.2 灯泡贯流式机组浆叶与导叶协联关系对机组运行影响极大，运行中应注意及时修正协联曲线。如：某水电站机组试运行时发现，开机过渡过程中机组振动特别大、且不稳定，后经多次试验，修改厂家提供的协联曲线，才取得满意效果。
3.1.3 灯泡贯流式机组在低水头运行时，过机流量大、流态恶劣，汽蚀、压力脉动等因素引起机组净水头变化大，功率控制方式下导叶调节频繁、导叶开度值无法稳定、轮叶协联关系差，机组运行不稳定， 振动大、噪声大。低水头运行时采取导叶开度控制方式可以起到固定导叶开度，稳定轮叶协联关系，减小压力脉动等作用，机组运行稳定， 振动、噪声减小。
3.2 空化性能好
3.2.1 空化是水轮机运行中的一种常见现象，在水轮机偏离设计工况时尤为突出。贯流式水轮机因流道不转弯，不仅有较高的水力效率，而且在空化性能方面也比轴流机要好。此外，由于卧式机组仅当其叶片旋转至顶部位置时，才有可能发生空蚀，而在其它部位则此种可能较小。因此电站在调洪阶段，即水库泄水和回蓄过程中，水头稍低，机组可采用开度控制方式，根据水头的变化、流量的变化进行调整，杜绝机组在临近空化区运行，以保证机组的安全稳定运行和出力最优化。
4、故障处理分析
发电机组在正常情况下，总是以额定转速运行。这时水轮机的转动力矩和发电机的电磁力矩是平衡的。如果外界负荷突然丢掉、调速机构失灵、导水机构又不能及时关时，由于输出的电磁力矩为零，因而输入的水流转动力矩除了少部分消耗于机械损失外，其余大部分就驱使机组转速急剧增高，并将达到某一最大转速，俗称为机组飞逸。水轮机发生飞逸，对机组是有害的，因为离心力和转速的平方成正比，而在飞逸状态下飞逸转速约为额定转速的1.7∽2.6倍，所以飞逸转速将使机组产生很大的离心力，往往能造成机组转动部件（如发电机转子、水轮机转轮和主轴）毁坏，并且也可使机组轴承烧坏。
4.1 桃源水电站机组设计上采取了如下几种防过速措施：
4.1.1 导叶具有自关闭能力。导水叶采用负偏心距设计，能在水流力矩作用下，自行关闭导叶。
4.1.2 设置关闭重锤。在导叶接力器关闭端装设有一个重达吨关闭重锤，重锤通过一吊耳与控制环相连。
4.1.3 在导叶接力器主配压阀控制油路设置了紧急停机电磁阀，给紧急停机电磁阀发出停机信号，阀芯换位，将引导阀的控制油切断同时使主配压阀的控制腔接通回油，接力器迅速关机。
4.1.4 调速器液压系统控制回路装设事故配压阀：由两个插装阀、一个先导阀、一个换向阀组成。设置事故配压阀的目的（作用）：是限制机组过速，防止水轮发电机组在飞逸转速下运行。当调速器发生故障致使机组转速过高，调速器无法完成通过接力器关闭导水机构操作，事故配压阀将油系统的压力油与接力器的关闭腔接通，接力器的开启腔接回油，从而实现导叶的快速关闭，此阀组是由电气信号进行控制。
4.1.5 设置有机械过速保护装置，在机组大轴上设有机械过速飞摆，在机组过速情况下，利用离心力使飞摆撞击预控油路机械过速阀，机械过速阀控制事故配压阀动作，可快速切换油路，保证接力器开启腔快速接通回油，导叶接力器在重锤的作用下迅速关机，从而实现导叶的快速关闭。其功能与上述第四项措施类似，但此阀组是由机械信号进行控制。
4.2 应急处置措施
4.2.1机组在停机过程中出现部分导叶失控不能动作：
（1）值班人员应立即将机组切换至水轮机工况运行。
（2）值班人员应沿机组外配水环检查导叶连杆动作情况和到水轮机廊道检查设备有无异常情况。 （3）值班员应立即赶往尾水门机处检查尾水门机工作正常后，向当值值长汇报，当值长下令后立即下落尾水闸门强迫机组停机，并密切注意机组高压油泵的运行、各轴瓦温度情况。
（4）当机组转速降为30%时投入机械制动，若转速在1分钟之内仍不能下降为0，则应立即松开制动闸，待尾水闸门落到位后再投入机械制动。
（5）待机组停稳后，按下机组紧急停机按钮，关闭调速器主供油阀。
（6） 申请调度将机组转为检修状态并通知检修人员。
（7）事故处理完毕后或处理过程中应注意向相关部门汇报。
4.2.2机组在甩负荷的过程中，导叶失控引起机组飞逸：
（1）值班人员应密切注意轴瓦温度、机组振动量并做好落尾水闸门停机的准备。（必要时通知检修人员落尾水闸门）
（2）立即按下机组紧急停机按钮并到现场检查机组紧急停机电磁阀、是否已失磁动作，若未动作，应立即拔掉紧急停机电磁阀控制回路继电器。
（3）将调速器控制方式切手动操作方式，手动将桨叶开至全开。
（4）在检查尾水门机工作正常后，向当值值长汇报，当值长下令后立即下落尾水闸门强迫机组停机。
（5）在下闸过程中，机组在低速运行时，值班人员应密切注意机组高压油泵的运行、轴瓦温度情况。
（6）当机组转速降为30%时投入机械制动，若转速在1分钟之内仍不能下降为0，则应立即松开制动闸，待尾水闸门落到位后再投入机械制动。
（7）事故处理完毕后或处理过程中应注意向相关部门汇报。
4.3 其他
4.3.1 在處理事故过程中，要密切监视机组运行情况，出现异常（如机组瓦温上升较快）应立即向值长汇报。
4.3.2 处理事故要以尽可能使机组快速停下来为原则，一旦拖延时间可能会给机组带来严重的后果。
参考文献
[1]灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修，刘国选 2009.5.
[2] 灯泡贯流式水轮发电机组启动试验规程，DL/T 827-2002.
[3] 桃源水电站水轮发电机组运行维护说明书.
作者简介
王胜强（1984-），男，湖北黄冈人，助理工程师，从事水电厂运行管理工作。
[关键词]灯泡贯流式机组、结构特点、运行特点、故障处理
中图分类号：TK733.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0073-01
1、桃源水电站简介
桃源水电站位于湖南省常德市桃源县城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一个水电开发梯级。坝址多年平均流量2060m3/s，多年平均径流量650亿m3。水库正常蓄水位39.50m，利用河段落差约7.5m，机组额定水头为5.6m，装机总容量为180MW，装设9台单机容量20MW的灯泡贯流式机组，电站多年平均年发电量7.93亿kW·h，装机年利用小时数4404h。主体工程于2010年11月开工建设，首台机组于2013年10月30日并网发电。
2、桃源水电站机组结构特点
机组采用卧轴水平布置，水轮机、发电机共用一根大轴为两支点双悬臂的支承方式，水轮机侧为水导轴承，发电机为组合推力轴承。管形座为机组主支承，传递机组在各种工况下的径向力、推力及扭矩、以及机组的自重力。发电机被安置在完全密封的灯泡体内，灯泡体成为水轮机流道组成部分。机组的支撑采用管形座上、下两根立柱为主支撑，发电机水平和垂直防振支撑为辅助支撑的方式。立柱与混凝土为刚性连接，承受水推力产生的弯矩和发电机转矩。辅助支撑为弹性连接，主要承受灯泡体的重量、浮力和不平衡力以增加机组的稳定性。垂直的竖井布置在灯泡头的顶部，竖井里布置有电力电缆、励磁和辅助电缆，以及冷却水管及制动气管，检查和维修人员使用的爬梯也布置在竖井内。发电机冷却方式为常压、外加风机式强迫通风闭路循环，二次冷却。励磁方式采用自并励可控硅静止励磁。
3、桃源水电站机组运行特点
3.1 机组运行稳定性良好、效率高
3.1.1 灯泡貫流式机组浆叶与导叶协联关系好，协联范围宽广，流道对称。因此，灯泡贯流式机组具有运行稳定，效率高，机组振动与摆度值小，运行噪声可满足规范要求等特点。
3.1.2 灯泡贯流式机组浆叶与导叶协联关系对机组运行影响极大，运行中应注意及时修正协联曲线。如：某水电站机组试运行时发现，开机过渡过程中机组振动特别大、且不稳定，后经多次试验，修改厂家提供的协联曲线，才取得满意效果。
3.1.3 灯泡贯流式机组在低水头运行时，过机流量大、流态恶劣，汽蚀、压力脉动等因素引起机组净水头变化大，功率控制方式下导叶调节频繁、导叶开度值无法稳定、轮叶协联关系差，机组运行不稳定， 振动大、噪声大。低水头运行时采取导叶开度控制方式可以起到固定导叶开度，稳定轮叶协联关系，减小压力脉动等作用，机组运行稳定， 振动、噪声减小。
3.2 空化性能好
3.2.1 空化是水轮机运行中的一种常见现象，在水轮机偏离设计工况时尤为突出。贯流式水轮机因流道不转弯，不仅有较高的水力效率，而且在空化性能方面也比轴流机要好。此外，由于卧式机组仅当其叶片旋转至顶部位置时，才有可能发生空蚀，而在其它部位则此种可能较小。因此电站在调洪阶段，即水库泄水和回蓄过程中，水头稍低，机组可采用开度控制方式，根据水头的变化、流量的变化进行调整，杜绝机组在临近空化区运行，以保证机组的安全稳定运行和出力最优化。
4、故障处理分析
发电机组在正常情况下，总是以额定转速运行。这时水轮机的转动力矩和发电机的电磁力矩是平衡的。如果外界负荷突然丢掉、调速机构失灵、导水机构又不能及时关时，由于输出的电磁力矩为零，因而输入的水流转动力矩除了少部分消耗于机械损失外，其余大部分就驱使机组转速急剧增高，并将达到某一最大转速，俗称为机组飞逸。水轮机发生飞逸，对机组是有害的，因为离心力和转速的平方成正比，而在飞逸状态下飞逸转速约为额定转速的1.7∽2.6倍，所以飞逸转速将使机组产生很大的离心力，往往能造成机组转动部件（如发电机转子、水轮机转轮和主轴）毁坏，并且也可使机组轴承烧坏。
4.1 桃源水电站机组设计上采取了如下几种防过速措施：
4.1.1 导叶具有自关闭能力。导水叶采用负偏心距设计，能在水流力矩作用下，自行关闭导叶。
4.1.2 设置关闭重锤。在导叶接力器关闭端装设有一个重达吨关闭重锤，重锤通过一吊耳与控制环相连。
4.1.3 在导叶接力器主配压阀控制油路设置了紧急停机电磁阀，给紧急停机电磁阀发出停机信号，阀芯换位，将引导阀的控制油切断同时使主配压阀的控制腔接通回油，接力器迅速关机。
4.1.4 调速器液压系统控制回路装设事故配压阀：由两个插装阀、一个先导阀、一个换向阀组成。设置事故配压阀的目的（作用）：是限制机组过速，防止水轮发电机组在飞逸转速下运行。当调速器发生故障致使机组转速过高，调速器无法完成通过接力器关闭导水机构操作，事故配压阀将油系统的压力油与接力器的关闭腔接通，接力器的开启腔接回油，从而实现导叶的快速关闭，此阀组是由电气信号进行控制。
4.1.5 设置有机械过速保护装置，在机组大轴上设有机械过速飞摆，在机组过速情况下，利用离心力使飞摆撞击预控油路机械过速阀，机械过速阀控制事故配压阀动作，可快速切换油路，保证接力器开启腔快速接通回油，导叶接力器在重锤的作用下迅速关机，从而实现导叶的快速关闭。其功能与上述第四项措施类似，但此阀组是由机械信号进行控制。
4.2 应急处置措施
4.2.1机组在停机过程中出现部分导叶失控不能动作：
（1）值班人员应立即将机组切换至水轮机工况运行。
（2）值班人员应沿机组外配水环检查导叶连杆动作情况和到水轮机廊道检查设备有无异常情况。 （3）值班员应立即赶往尾水门机处检查尾水门机工作正常后，向当值值长汇报，当值长下令后立即下落尾水闸门强迫机组停机，并密切注意机组高压油泵的运行、各轴瓦温度情况。
（4）当机组转速降为30%时投入机械制动，若转速在1分钟之内仍不能下降为0，则应立即松开制动闸，待尾水闸门落到位后再投入机械制动。
（5）待机组停稳后，按下机组紧急停机按钮，关闭调速器主供油阀。
（6） 申请调度将机组转为检修状态并通知检修人员。
（7）事故处理完毕后或处理过程中应注意向相关部门汇报。
4.2.2机组在甩负荷的过程中，导叶失控引起机组飞逸：
（1）值班人员应密切注意轴瓦温度、机组振动量并做好落尾水闸门停机的准备。（必要时通知检修人员落尾水闸门）
（2）立即按下机组紧急停机按钮并到现场检查机组紧急停机电磁阀、是否已失磁动作，若未动作，应立即拔掉紧急停机电磁阀控制回路继电器。
（3）将调速器控制方式切手动操作方式，手动将桨叶开至全开。
（4）在检查尾水门机工作正常后，向当值值长汇报，当值长下令后立即下落尾水闸门强迫机组停机。
（5）在下闸过程中，机组在低速运行时，值班人员应密切注意机组高压油泵的运行、轴瓦温度情况。
（6）当机组转速降为30%时投入机械制动，若转速在1分钟之内仍不能下降为0，则应立即松开制动闸，待尾水闸门落到位后再投入机械制动。
（7）事故处理完毕后或处理过程中应注意向相关部门汇报。
4.3 其他
4.3.1 在處理事故过程中，要密切监视机组运行情况，出现异常（如机组瓦温上升较快）应立即向值长汇报。
4.3.2 处理事故要以尽可能使机组快速停下来为原则，一旦拖延时间可能会给机组带来严重的后果。
参考文献
[1]灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修，刘国选 2009.5.
[2] 灯泡贯流式水轮发电机组启动试验规程，DL/T 827-2002.
[3] 桃源水电站水轮发电机组运行维护说明书.
作者简介
王胜强（1984-），男，湖北黄冈人，助理工程师，从事水电厂运行管理工作。