贯流式水轮发电机组自动化设计及安装常用方法
江爱华
【摘? 要】近年来，随着我国经济形势的稳步发展，发电厂（站）发电量越来越大，对发电机组的发电能力提出了更高的要求。当前电力系统中，选择安装的主要是贯流式水轮发电机组，该型机组具有独特的优势。论文的研究思路和成果可以为类似工程项目提供借鉴。
【关键词】贯流式水轮发电机组;自动控制系统;设计、改进及安装
【Abstract】In recent years， with the steady development of China's economy， the power generation capacity of power plants （stations） has been increased， which has put forward higher requirements for the generating capacity of generating units. At present， in the power system， the main choice for installation is the tubular hydro-generating unit， which has unique advantages. The research ideas and results of this paper can provide reference for similar projects.
【Keywords】 tubular hydro-generating unit; automatic control system; design， improvement and installation
1 引言
近年来，随着我国经济形势的稳步发展，各行各业对电力资源的需求量与日俱增，各级各类发电厂（站）发电量越来越大，对发电机组的发电能力提出了更高的要求。众所周知，发电机组是整个电力系统的核心部件，其性能优劣对电力系统的作用发挥有着决定性的影响。
当前电力系统中，选择安装的主要是贯流式水轮发电机组。贯流式水轮机虽然开发较晚，但是近年来发展较快，一方面是因为中高水头水电资源开发殆尽，另一方面是因为贯流式水轮机具有十分优越的技术优势，如能量指标和效率都比较高、能节约建设投资，又可增加一定的年发电量，同时气蚀轻微、检修工作量小。
本文中，作者在总结贯流式水轮发电机组分类、发展历史和结构组成的基础上，分析了该型机组自动化控制各分系统组成及常见故障模式，并提出了设计、改进和安装要求，同时也点明了机组自动控制技术的发展方向。
2 贯流式水轮发电机组简介
按GB/T2900.45-1969〈电工术语：水轮机、蓄能泵和水泵水轮机〉中的定义，贯流式水轮机指的是过流通道呈直钱（或s形）布置的轴流式水轮机。该型机组主要有以下三种常见形式：灯泡贯流式机组，竖井贯流式机组，全贯流式机组指，具体如图1所示。
其中，灯泡贯流式机组指的是发电机安装在位于流道中的灯泡体内;竖井贯流式机组指的是发电机安装在流道内的竖井中，发电机通过一个变速装置与水轮机相连，通过竖井直接从上方拆卸发电机和变速装置;全贯流式机组指的是发电机转子直接与水轮机转轮连在一起。
贯流式水轮机起步较晚且发展较慢。国外从20世纪30年代开始使用，到60年代才比较兴旺。国内则从20世纪80年代开始使用，到21世纪初方蓬勃发展。国内厂家从引进仿制、试制中小型贯流式水轮发电机组开始，到如今已有不少厂家能自主开发、独立设计制造50MW以上大型贯流式机组，甚至正在生产世界上最大的贯流机组（出口巴西75MW贯流机组）[1]。
据相关统计数据显示，目前以灯泡贯流式水轮机组规模最大、发展最快。因此，本文的研究，主要针对灯泡贯流式水轮机组。
3 贯流式水轮发电机组的结构组成
贯流式水轮发电机组没有蜗壳，主要由引水部件、排水部件、转轮及相应的自动化控制系统组成。该型机组最大的特点在于引水室和导水结构的设计与常见的卧轴式轴流水轮机组结构不同，它采用的是圆锥形导水结构。
机组各部分的运转主要是靠自动化控制系统来控制和调节，因此，自动化控制系统相当于贯流式水轮发电机组的“大脑”。在实际运行过程中，机组自动化控制系统主要涉及水轮机、发动机、高压油装置以及与之相配套的调速器、轴承润滑油装置等，并且还有各种相关联的其他自动化元件。
自动化控制系统在运行过程中，一方面动态调配各种设备的运行与停止，另一方面可以实时监视各种设备的运行状态，当出现故障或者超标时，会自动发出报警信号，避免事故的发生。
4 贯流式水轮发电机自动化控制系统常见故障
4.1 轴承润滑油分系统
该分系统主要控制高位油及轴承油泵，当实际油位超过提前预设的油位上限、油位下限時，或者油位不正常时，都会发出报警信号;同时，该分系统还能实现润滑油流量的监控，当流速异常时，也会发出报警信号。
该分系统常见的故障，主要有油位设置不当，传感器失灵，或者报警装置出现误报或者漏报等。
4.2 高压油顶起控制分系统
该分系统主要在贯流式水轮发电机组启动和停止时发挥作用，通过高压油顶起主轴，在轴承周围形成油膜，以防止发电机启动和停止时，因长时间低转速运行而烧坏轴瓦。
该分系统常见的故障，有可能是高压油顶起压力不足，导致功能不能完全发挥;也有可能是高压油泵出现故障，导致该分系统不能正常工作。
4.3 冷却水控制分系统
该分系统主要通过机组的油冷却器和空气冷却器里面冷却水的流动带走部分热量，实现机组的冷却，起到运行过程中降温的作用。
该分系统常见的故障，主要有技术供水泵故障导致冷却水中断或压力过低而引起发电机和润滑油温度升高。
4.4 重锤关闭控制分系统
该分系统主要由调速器事故配压伐和导叶重锤共同组成，用来防止机组出现飞逸事故。
该分系统常见的故障，有可能是事故配压伐动作信号检测失灵，导致出现误动作;或是事故配压伐拒动，导致不能发挥控制作用。
4.5 机组冷却风机、加热器及除湿器控制分系统
该分系统主要是实现发电机组定、转子温度控制，工作环境湿度控制等，保证机组工作在適宜的温湿度环境内。
该分系统常见的故障主要是各种传感器灵敏度控制失效，导致监测的参数不准或控制失灵。
5 贯流式水轮发电机自动化控制系统设计及安装要求
润滑油的质量对于自动化控制系统的控制效果有重要影响，油质的各项参数需要严格控制在标准规范要求之内，才能够发挥应有的压力调节作用。因此，为了保证合格的油质，需要做好主轴的密封，避免空气、杂质等进入油内，影响到油的纯净度。
进行油位监控的时候，需要设置合适的油位上限、油位下限等参数，避免参数设置不当引起误报和漏报。
需要定期检测冷却水管的状态，因为冷却水管是整个冷却分系统中最脆弱的环节，很多的事故隐患都发生在冷水水管上。要选用质量好的冷却水管，并且发现冷却水管有裂纹或其他故障隐患时，要及时进行更换。
要注意及时检查各种泵和阀门的工作状态。这两者的开启和闭合直接决定了机组的控制信号的连通和断开，并且在机组运行过程中频繁使用，属于故障隐患高危区。因此，一方面，重要的泵和阀门需要设置备份，主用泵或阀门出现故障时，备用的及时进行更替;另一方面，需要采用先进的传感器监测泵和阀门的工作状态，出现故障及时停机进行检修或更换。
高压顶起油泵打油时，要考虑到油压顶起的位置，一般设置在水导轴承和发导轴承，以更好地保障机组的运行安全和效率。
6 结语
贯流式水轮发电机组因为自身独特的优势，在我国电力系统中得到了广泛的应用。自动化控制系统能极大提高发电机组的工作效率，还能够减少人员投入，对于提高发电的性价比很有优势。因此，虽然自动化控制系统有各种故障隐患，但是仍然得到广泛的使用。本文中提出的设计、改进和安装方法，具有普遍的适用性，对于具体的工程项目，还需要结合项目特点，进行更加科学、更有针对性的研究，确保所采用的措施切实有效，能发挥最大的性价比。
随着信息技术和计算机技术的发展，采用各种先进的、智能的控制方法，实现实时、精准、高效的自动化控制，是当前的一个发展趋势，有条件的电力部门可以结合资源优势，开展相关研究和实践，共同努力促进贯流式水轮发电机组自动化控制水平的提高。
【参考文献】
【1】吴迪. 贯流式水轮发电机组自动化系统的改进[J]. 中国科技纵横， 2014（024）：179-179.
