水轮机安全设计

时间:2017-01-09 来源:网络 作者:佚名 收藏到我的收藏夹
简介:水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械 >,它属于流体机械中的透平机械。早在公元前100年前后,中国 就出现了水轮机的雏形--水轮,用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安

的正常供水。
(2)若轴承采用水泵供水时,当出现水泵停止供水或其出口水压下降而造成润滑水中断,应首先起动备用水泵供水,然后再查明水泵停止供水或其出口水压下降的原因,并做相应处理;
(3)当无法立即恢复供水时,为了不致造成事故扩大,应立即停机。
2.3发电机温度过高
设计措施:发电机超负荷运行,则迅速减少负荷;如定子三相电流不对称,则查明原因迅速消除;冷却水中断,应迅速停机;部分冷却器堵塞,应维持在低负荷运行,迅速排除故障。
2.4发电机着火
可采取如下措施:紧急停机;打开发电机消防用水阀门进行灭火;灭水过程中应关闭发电机冷、热风口,保持风洞密封,严禁用泡沫灭火器或砂子、石灰进行灭火
3发电机的异常运行
3.1发电机过负荷
设计措施
(1)注意监视电压、频率及电流大小,是否超过允许值;
(5 c' n( f2 |3 F  f. X: U2)如电压或频率升高,应立即降低无功或有功负荷使定子电流降至额定值,如调整无效  
时应迅速查明原因,采取有效措施消除过负荷
(3)如电压、频率正常或降低时应首先用减小励磁电流的方法,消除过负荷,但不得使母线电压降至事故极限值以下,同时将情况报告值长;
(4 ]" @! T# y/ W* }- z5 k7 a2 c4)当母线电压已降到事故极限值,而发电机仍过负荷时,应根据过负荷多少,采取限负荷运行并联系调度起动备用机组等方法处理。
3.2发电机转子一点接地
设计措施
(1)检查转子一点接地信号能否复归,若能复归,则为瞬时接地,若不能复归,并且转子一点接地保护正常,则为永久接地;
(# F5 V" A2 i6 X! Q/ K& w2)利用转子电压表,测量转子正对地、负对地电压值;(如发现某极对地电压降至零,另一极对地电压升至全电压,说明确实发生一点接地。
(/ O7 m) G2 U/ q& P# y$ v3)检查励磁回路,判明接地性质和部位;
(% i; ^: w, y6 A6 X# o4)如系非金属性接地,应立即报告调度设法处理,同时作好停机准备;
(- A" # i% I" r5)如系金属性接地,应立即报告调度,启动备用机组,解列停机。
) v: N- D8 a: P!  ! w. V5 s3 S, U注意:通常来说,检查处理时间大致为2小时,否则应停机处理。
3.3转子回路两点接地
由于转子两点接地时,由于转子电流增大,可能使励磁回路设备损坏;若接地发生在转子绕组内部,则转子绕组过热;机组剧烈振动损坏设备,因此立即紧急停机,并报告调度。
3.4发电机温度过高
(1)若发电机的有功负荷或定子电流超过了额定值,则调整到额定范围内运行。
(" V8 J1 O$ G# H3 z! d2)若测温装置异常引起,则退出故障测点,并通知维护专业班组进行处理。
(3)若空冷器进、出水阀开度不够,则调节空冷器进、出水阀开度。
(4)若机组冷却水压不足,则检查供水泵,同时投入机组冷却备用水,调整水压至正常。
(5)若空冷器堵塞造成水路不通,则短时加压供水或倒换机组冷却水。
(- ]# X3 J8 b) f' T  {6)若空冷器进出水阀阀芯脱落在关侧引起,转移机组负荷降低机组出力运行,控制冷、热风温度不致过高。
C' `7 h) M( [7)在不影响全厂出力和系统的条件下,适当调整各机组的有、无功负荷分配。
5  2 Q5 U: P3 }6 c) W8)经采取以上措施无效,定子线圈、铁芯温度超过120℃,则应联系调度停机处理。
3.5发电机转子回路断线
(1)立即停机,检查FMK动作情况,并报告调度;
(; I t4 O& P1 W {2 C& `! X) H2)如有着火现象,应立即进行灭火。
3.6发电机定子接地
(1)检测、A、B、C三相对地电压;(真接地时,定子电压表指示接地相对地电压降低或等于零,非接地相对地电压升高,大于相电压小于线电压,且线电压仍平衡。假接地时,相对地电压不会升高,线电压不平衡。这是判断真、假接地关键);
(2)经检查如系内部接地,报告调度,起动备用机组或转移负荷,尽快解列停机;
(3)经检查如系外部接地,应查明原因,报告调度,按调度的要求处理;
(4)在选择接地期间,应监视发电机接地电压,发现消弧线圈故障应立即停机。
4水轮机叶片的磨损腐蚀防护措施
水轮机产生磨蚀的原因涉及到多种因素,结合湘江流域自身水资源的具体环境因素,开展了多方面的研究及探索,并分析了该区域水轮机磨蚀的规律,总结出以下有效措施可进行水轮机磨蚀的防护。
3.1 涂层防护
水轮机过流部件表面涂层防护技术已经比较成熟,目前国内外常用于表面涂层防护的方法有环氧金刚砂涂层防护、聚氨酯涂层防护、抗磨焊条堆焊防护、碳化钨喷涂水轮机磨蚀防护。
3.1.1 环氧金刚砂涂层防护
环氧金刚砂分子结构紧密,该涂层可以有效减少或隔绝酸、碱等腐蚀性介质对基材的扩散渗透能力,且具有价格低廉、施工简易和抗磨性能好等特点,能对泥沙磨蚀的非空化区起到有效的保护作用。在70 年代三门峡水电站首次采用了该技术,使用此涂层实现了对水轮机叶片正面、固定导叶、中环等部位的保护;此后在多个水电站进行试验,结果表明该涂层对水轮机过流部件的非气蚀区有很好的保护作用。但对于严重气蚀区,该涂层的防护效果不够理想。
3.1.2 聚氨酯涂层防护
聚氨酯为有机高分子化合物,该涂层在抗气蚀磨损方面具有很好的效果。聚氨酯涂层可以吸收泥沙颗粒的冲击力,且具有耐磨、强度高、弹性大等特点。但涂层抗硬物冲击和割伤能力较差,一旦局部被划伤, 会造成大面积脱落,或因为粘接强度不够,往往机组运行时间不长涂层便大面积或整体脱落。目前,国内已经研制成功粘接强度达到30MPa 的聚氨酯涂层,现已在各大水电站推广使用。
3.1.3 抗磨焊条堆焊防护
在气蚀区堆焊,可以加强碳钢类过流部件的抗磨效果。焊条的筛选要结合抗磨损、抗气蚀及焊接工艺等多方面因素综合考虑,针对强气蚀区,推荐堆焊材料最好选用A132、0Cr13Ni4Mo、GB1 焊条,这3 种焊条的抗磨蚀性能排序为GB1>0Cr13Ni4Mo>A132。根据不同的气蚀强度,可在不同区域使用不同的堆焊材料,如叶片头部三角区、背部出水边和外缘区,采用抗磨性能优良的GB1 焊条,在一般气蚀区采用发烟少、焊接工艺好、价格低的0Cr13Ni4Mo 焊条或A132 焊条。
3.1.4 高速氧燃喷涂碳化钨防护
丙烷、丙稀和氧气利用超音速火焰喷涂枪,经过混合燃烧后,产生速度在1 500m/s 以上的高温气流,同时在喷嘴处它会将高压空气送入的碳化钨粉末粉末熔化,并且产生500m/s左右的高速射流,从而均匀地把熔化后的粉末喷涂在材料表面上,形成高密度的强化涂层。这种涂层虽然在抗气蚀、抗硬物冲击方面较弱,但对泥沙磨损具有很好的抵抗能力。在不受硬物撞击的非气蚀区,即使含沙量很高的河水中磨蚀率也会降低很多。碳化钨涂层是目前最为有效的表面防护方法,但需要专门的喷涂设备,成本较高。
3.2 优化水轮机设计
通过观察分析,流速高、脱流、旋涡等均会加大水轮机磨蚀。因此,在水轮机的设计以及制造工艺上,叶片的形状需符合水流流态,且作用在叶片上的压力必须分布均匀,另外采用抗磨蚀材料如不锈钢转轮,提高加工光洁度等,可使过流部件的抗磨能力进一步提高。为了确保叶片的叶型更加正确,可使用数控机床对叶片进行精加工,使叶片的流道误差减小且过流表面光滑,可以更好地保障过流部件的抗磨蚀能力。
3.3 减少过机泥沙
在早期的水电站建设过程中,我国有过不少的经验与教训,如在每年汛期时,水流中的泥沙特别多,水电站的排沙设施不到位,从而使过机泥沙对水轮机造成很大的磨蚀。因此,在进行水电站设计时就一定要考虑如何减少泥沙通过水轮机流道,如设置一定容量的沉沙池、排沙洞等设施;另外,采用蓄清排浑、洪水排沙、平水发电等方式,也可以较好地解决排沙与发电的关系。目前,我们已经通过多种技术手段有效地减少了过机泥沙含量,从而降低水轮机过流部件的磨蚀程度。

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