水轮发电机组的异常运行

第十章水轮发电机组的异常运行第一节水轮机的常见故障与事故处理水轮机运行中难免会发生各种各样的异常情况,同一异常现象可能有不同的产生原因,因此,在分析故障现象时,要根据仪表指示,机组运转声响,振动,温度等现象,结合事故预兆,常规处理经验进行分析判断,必要时采用拆卸部件解体检查等方法和手段,从根本上消除设备故障.一水轮机出率下降水轮机导叶开度不变的情况下,机组出率下降明显,造成水轮机出率下降的常见原因有;(1)上游水位下降,渠道来水量急剧减少.(2)前池进水口栏污栅杂草严重阻塞.(3)电站尾水位抬高.(4)水轮机导叶剪断销断裂,个别导叶处于自由开度状态.(5)水轮机导水机构有杂物被卡住,冲击式机组的喷嘴堵塞.(6)冲击式机组折向器阻挡水流.针对上述原因进行相应的检查处理(1)若水库水位下降,有效水头减小,则水轮机效率降低,机组出力下降.水库水位过低,应停止发电运行,积蓄水量,抬高水位后再发电.渠道来水量急剧减少,或上游电站已经停机,渠道发生事故断流,应停机后检查处理.(2)要及时清理栏污栅杂草,防止杂草阻塞以致影响水轮机出力.(3)检查尾水渠道有否被堵塞,是否强降雨造成河道水位抬高.(4)详细检查水轮机导叶拐臂的转动角度是否一致,发现个别导叶角度不一致时停机处理.(5)检查水轮机内部噪声情况,做全开,全关动作,排除杂物.必要时拆卸水轮机尾水管或打开进人孔进入蜗壳,取出杂物.(6)检查冲击式机组折向器位置,如其阻挡水流,须调整折向器角度.水轮机出力下降,往往会出现异常声响和振动,蜗壳压力表指示下降或大幅度波动等现象,要根据情况进行分析和判断处理.二水轮机振动水轮机运行过程中振动过大会影响机组正常运行,轻则机组运行不稳定,出力波动大,轴承温度高,机组运转噪声大,而其机组并网困难;重则引起机组固定部件(地角螺栓)损坏,尾水管金属焊接部件发生裂纹,轴承温度过高而无法连续运行.应针对不同情况,查清机组振动原因,采取对应措施,恢复机组正常运转.水轮机振动通常是由机械安装和水力平衡两方面原因引起的.(一)机械安装方面(1)由于主轴弯曲变形,机组主轴同心度不好,主轴法兰连接不紧,轴承调整不良,间隙过大等原因,开机后会引起大的振动.这属于机组检修质量不合格的问题,必须拆卸机组部件重新检测安装.(2)机组转动部件间隙过小,摆度大会引起局部摩擦,从而会产生机组振动并伴随声响.此时,摩擦部位温度较高,必须重新调整处理.(3)机组转动部分重量不平衡,机组振动情况与转速高低有关,与负荷大小无多大关系.这通常是属于转轮补焊后,叶片重量不等,叶片局部变形严重的问题,必须拆卸机组转轮进行动平衡检查及叶片形状测量比较修正,消除机组振动.(二)水力平衡(1)尾水管中水流漩涡引起水轮机振动,此时机组振动大小与负荷有关,机组负荷小时容易引发振动,且机组噪声明显增大.通常采取避开此运行工况区域,或在尾水管中安装补气管进行补气的方法,减轻或消除漩涡引起的机组振动.(2)冲击式机组,当尾水位上涨时,尾水回溅到转轮的水斗上,扰乱喷针射流的正常工作,会引起机组振动的增加;正常情况,冲击式机组的尾水位与转轮有一定的距离,尾水为无压流动,但有时尾水管补气孔过小或堵塞,尾水管真空度增加,尾水位抬高,甚至淹没转轮,则发生强烈振动,机组出力大幅下降.(3)混流式机组转轮叶片间被杂物卡住,导叶被杂物卡住,导叶销断裂,单只导叶自由活动,造成水流不平衡,此时机组声响异常,出力下降,必须仔细检查,根据原因进行处理,必要时拆卸尾水管取出杂物.三水轮机轴承温度过高轴承温度过高,会影响机组正常运行.温度过高的主要原因有;(1)机组振动较大,主轴摆度大,轴承受力增大.(2)轴承油位过低,润滑油型号不对,润滑不良.(3)轴承冷却器堵塞,冷却水中断,冷却条件不良.(4)轴承间隙过小,巴氏合金瓦点子大,轴承摩擦损耗增大.(5)轴承冷却器漏水,顶盖排水不畅引起轴承进水,润滑油劣化.处理方法;根据故障原因分别进行处理,机组振动大要设法消除,轴承间隙小要调整,瓦面点子大要修括,润滑油方面问题要根据原因进行处理.四水轮机主要零部件的机械磨损由于水质不良,检修周期过长,水轮机主要零部件经常会发生机械磨损,从而会影响机组的正常运行.常见机械磨损有;(1)橡胶瓦轴承,当发生缺水干摩擦时,即使时间较短,也会使橡胶轴瓦的温度急剧升高,加速轴瓦与轴颈的磨损,因此,橡胶轴承应加强冷却水的监视,防止缺水运行.(2)导叶机构的部件磨损,常发生在转动部件的接触部位,即导叶轴劲处,因水质差,水中沙粒落入轴劲内引起磨损增加,检修周期过长,磨损加剧.导叶机构磨损,漏水量加大,会影响水轮机关机,造成刹车困难.(3)水轮机轴的磨损主要发生在有盘根的地方,盘根质量不佳,盘根压板过紧,水质差,沙粒进入盘根处等原因均会增加轴颈的磨损,多年使用不处理,会影响主轴密封效果.第二节水轮发电机的异常运行与事故处理由于受外界因素(电网)的影响和发电机自身的原因,发电机在运行中可能会发生各种异常现象.当发电机发生异常现象时,有关表记的指示会明确反映,同时保护据继电器动作,断路器跳闸,水电阻接触器自动投入,调速器自动关机,发出故障音响及灯光信号.此时,运行人员应根据故障瞬间仪表指示,保护信号指示,开关和设备的动作情况,现场设备的其他情况,判断故障的性质和部位,沉着,迅速,正确的排除故障,不使故障扩大产生严重后果.一发电机过负荷小型发电机在并入大电网运行时一般不会出现过负荷现象(除人为因素外),可能出现过负荷的情况有;(1)电网高压线路某处发生事故,线路电压大幅下降.(2)机组运行于独立小电网时,供电负荷过大;机组并网运行于用户线路,由于该线路突然停电,用户的负荷接近于机组供电负荷,因而会出现并网过负荷运行.水轮发电机组在正常运行时不允许过负荷.运行规程规定,事故情况下发电机可以承受短时过负荷.因发电机对温升和绝缘材料的耐温能力有一定的裕度,故短时间过负荷对绝缘材料的寿命影响不大.绕组绝缘老化有一个过程,绝缘材料变脆,介质损坏增大,耐受击穿电压强度降低等都需要有一个高温作用的时间.高温作用时间愈短,绝缘材料的损害程度愈轻.发电机短时间过负荷的电流允许值执行制造厂的规定.若制造厂没有规定,则小型发电机可参照规程执行.事故或特殊情况需要发电机组过负荷运行,当发电机定子电流超过允许值时,电气值班人员应首先检查发电机的功率和电压,并注意定子电流超过允许值所经历的时间,然后用减少励磁电流的方法降低定子电流到额定电流值,但不得使功率因数过高和定子电压过低,若此方法不奏效,则必须降低发电机的有功负荷或切断一部分负荷,使定子电流降到许可值.若正常运行中的发电机定子出口风温已经达到75摄氏度,转子绕组励磁电流,电压达到或超过额定值,则没有紧急特殊情况,机组不应再执行过负荷运行规定,应立即解列停机,待电网线路恢复正常后再进行并网运行,以确保机组自身安全.二发电机三相定子电流不平衡引起三相定子电流不平衡的原因有;(1)检查发电机各部温度,是否存在局部过热现象.发电机内部绕组可能存在匝间短路故障.(2)检查励磁分流电抗器绕组的颜色和温度,是否存在一相绕组发热,绝缘烧坏引起严重匝间短路,引起三相定子电流不平衡.(3)检查励磁系统各整流管散热器的温度情况.个别整流管突然烧坏,此时励磁电流比正常值小很多,温度较低的整流管可能已烧坏.(4)检查断路器,主变压器高低压侧的连接头是否有发热现象,因为在接触电阻不稳定时会伴随电流波动.(5)系统单相事故,造成单相负荷特别大.根据不同原因,停机后进行仔细检查并分别进行处理.如果在发电机运行中发现定子有一相电流已经超过额定值,应迅速调整(降低)励磁电流.必要时可同时采用降低机组有功功率的方法,将发电机定子电流降低到额定电流以下,以确保机组安全运行.三机组启动后不能建压机组正常启动,导叶开度已经在空载位置,机组转速上升(声响达到正常值),发电机电压表无指示,励磁电流表无指示,则发电机不能建压.发电机不能建压的原因有;(1)发电机转子剩磁消失或剩磁电压过低.(2)整流原件损坏(开路或击穿).(3)分流晶闸管的调整电阻位置不正确,或晶闸管已击穿.(4)励磁回路接触不良,如电刷被卡住,滑环表面接触不良.(5)机组转速太低,不能自励建压.(6)励磁引出线接线接反,剩磁方向相反.(7)晶闸管和触发电路故障,保护熔断器烧坏.(8)起励接触器触点接触不良.若发电机转子剩磁太小,则检查机组导叶开度,提高机组转速,然后用6V干电池短时搭接在L1(+),L2(－)两接线端子上,发电机起励,定子电压上升后,迅速脱开干电池,防止发生意外.如果仍然不能建压,必须仔细检查励磁接线,拆开元件,分段分部件检查各整流管,电刷滑环,转子绕组,励磁绕组,晶闸管及触发控制板,起励接触器等,发现问题,逐个排除.四发电机运行中欠励磁或失磁.发电机运行中,晶闸管损坏,突然二相运行,使发电机的励磁电流大幅度减少,甚至使发电机进相运行,这种现象称为发电机的欠励磁.发电机转子励磁回路断线,晶闸管励磁开关误跳闸或励磁二相以上整流管损坏,会使发电机失去励磁电流而造成失磁.发电机欠励磁运行,用钳形电流表检查励磁回路三相电流,发现是励磁少一相工作,这时应降低有功负荷,解列停机后进行检查处理.并网运行的发电机失磁后的现象,励磁电流表指示将为零;发电机定子电压表指示下降,定子电流异常增大,过负荷保护动作发信号;此时发电机转速略有升高,功率因数表进相,无功电能表倒转.发电机失磁后,发电机同步运行变为异步运行,发电机向电网吸收大量无功功率.处理方法;(1)值班人员应降低有功功率,以便降低定子电流;(2)手动增加励磁电流或合上励磁开关(励磁分闸时)恢复励磁电流;(3)如仍无效果,说明励磁转子绕组回路有断路故障,应立即解列停机检查处理.五发电机振荡和失步当系统中发生短路或附近电网中有大容量的设备投切是,系统的静态和动态稳定将被破坏,从而会使发电机的驱动力矩与阻力矩失去相对稳定,可能会引起定子电流和功率的振荡,振荡严重时,会使发电机失去同步运行.此时,发电机将不能保持正常运行.(一)发电机振荡小型水电站发电机出现振荡,通常是由发电机励磁系统反应灵敏引起的.电网电压稍有变化,发电机励磁自动调整,往往是由于附近有相同特性的水轮发电机组相互抢无功引起的.特别是两台电抗分流励磁的机组并联运行时,调整不当会引起机组振荡.对并网机组的解决办法是:(1)增加调差率,使发电机无功有差调整,防止出现抢无功现象.(2)减少分流电抗器匝数,即减小励磁分流比例,使机组励磁系统对负荷的反应灵敏度减弱,减少参与电网的无功自动调整比例.(3)若是两台容量和特性相同机组并联运行引起的,则将励磁输出通过开关并接,使两台机组励磁电流相等,防止无功分配不均匀.这种方法虽然有效,但操作不安全,故实际很少采用.(二)发电机失步当发电机振荡后失去同步运行时,仪表指示摆动更加剧烈;(1)三相定子电流表大幅度摆动,冲撞两边针档..(2)有功功率表,励磁电流表大幅摆动,定子电压表下降且摆动(3)机组转速时高时低,伴随有节奏的轰鸣声音.(4)晶闸管励磁的发电机强励装置间歇动作.解决办法;(1)增加发电机的励磁电流以增加同步时电磁转矩,使机组在达到平衡点附近时拉入同步运行.(2)减少水轮机导叶开度以减少有功输出功率,降低功率表摆动幅度,创超有利条件让发电机恢复同步运行,(3)若上述方法仍不能稳定运行,则将发电机从系统解列.六机组飞逸事故当系统发生事故致使发电机突然甩去全部负荷时,调速器操作不及时或操动机构故障,机构被卡住,耗能电阻回路又不能及时投入等原因会导致机组转速快速升高超过额定值,机组声音呈高速声响,即出现飞车现象.(一)现象机组出现飞车时,转动部分的离心力急剧增加,机组摆度和振动增大,可能引起转动部分摩擦.各轴承温度升高,严重是振动造成机组固定螺栓松动,轴承损坏.(二)处理方法;(1)迅速将断路器手动分闸,关闭水轮机导叶,投入耗能电阻.(2)处理无效时立即关闭进水管主阀门,切断水流.(3)当机组转速下降到30%--40%时,操作制动闸刹车停机.停机后进行全面检查,飞