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中图分类号：TM72文献标识码： A 文章编号：
摘要：随着我国社会经济的快速发展和科学技术的不断进步，灯泡贯流式机组广泛应用于我国水利设施当中。但灯泡贯流式事故却时有发生。因此，本文结合工程实例，通过对工程相关实际情况的介绍，针对灯泡贯流式机组在运行过程中出现的故障进行深入分析，并提出合理有效的处理措施。为其他类似机组出现故障现象提供参考和借鉴。
关键词：灯泡贯流式机组；故障；检查；处理措施
Abstract: with the rapid development of our social economy and the improvement of science and technology, the light bulb tubular turbine units are widely used in our country of water conservancy facilities. But the bulb turbine accident but occur frequently. Thus, in this paper, combined with the engineering practice, through to the actual conditions of the engineering related is introduced, in view of the bulb turbine units in operation appeared in the process of failure analysis, and put forward the reasonable and effective treatment measures. For other similar units malfunction provide reference for the phenomenon.
Keywords: light bulb tubular turbine units; Fault; Check; Processing measures
近年来，随着现代科学技术的进步，设计制造加工能力等到了不断的完善。灯泡贯流式机组正向着大容量、高水头和大尺寸的方向发展。由于机组具有流量大、效率高、建设工期短和投资成本低的优点，也被广泛应用于水利设施行业当中。但是，某些贯流式机组在运行过程中经常出现事故，也暴漏出了在设计制造安装上存在的问题。因此，针对灯泡贯流式机组在运行过程中出现的故障进行分析，并寻找有效的处理措施是十分有必要的。这对于确保灯泡贯流式机组运行的安全性、稳定性、经济性具有重要意义。
1 工程概况
某工程一座以发电为主，兼顾航运、灌溉、调水压咸等综合效益的特大型水利设施。采用灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量15×42MW，设计年发电量30亿kW·h，是该地区目前唯一的大型骨干电源支撑点，也是目前世界上已建成装机台数最多、容量最大的灯泡贯流式机组电站。电站采用220kV电压等级三回出线联结南方电网，发电机出口采用13.8kV电压等级三机（机组）一变（主变）扩大单元接线，机组分别由天津阿尔斯通、东方电机、哈尔滨及东芝电机生产，水轮机转轮直径分别为7.5m和7.45m额定输出功率42.94MW，额定水头9.5m，额定流量分别为497.5m3/s、492.5m3/s、498.1m3/s，所有机组允许最大工作净水头16m，最小工作净水头3m，发电机额定容量45.65MVA，额定功率因数0.92，允许用提高功率因数的方法把发电机有功功率提高到额定视在功率运行，发电机应能在進相深度达0.95下长期运行，水轮发电机组额定转数75r/min。
2 有功功率大幅度波动的故障现象
该水利设施6号发电机组在计划性小修结束投入运行后，当将机组有功功率运行至38MW及以上时，机组有功功率突然产生周期性大幅度波动，功率波动范围为34～42MW，调速系统难以稳定，导叶开度在69%～75%、桨叶开度在79%～83%之间不停地抽动，机组振动剧烈，油压装置的主用油泵长期打压运行，备用压油泵频繁启动，机组上位机显示监控不断对6号机组调速器发出“增有功动作”和“减有功动作”命令，6号机组有功增设值越大，其有功功率的波动幅值及机组振动也越大，6号机组已无法安全、稳定运行至额定有功功率（42MW），对6号机组调速器进行A套、B套控制调节切换，故障现象未能消除，运行工作人员只能将6号机组有功功率限制设定在32MW范围内稳定运行。
3 有功功率大幅度波动的检查、处理及分析
3.1 6号机组调速器的检查
检修工作人员至现场，首先对6号机组调速器进行检查。再次将6号机组有功功率设定运行至38MW（即出现故障现象工况）时，将6号机组调速器控制由“自动”控制切换至“手动”控制状态，调速器抽动状况消失，机组导叶开度和桨叶开度数值稳定，开度反馈状况良好，调速器各机械状态良好，机械液压控制系统无明显“零”位漂移现象，调速器本体控制稳定，油压装置工作恢复稳定，机组振动状况在一定程度上有所降低。但此时6号机组的有功功率数值仍然周期性大幅度波动，故障现象依然存在。鉴于机组调速器是由机组监控系统采用脉冲控制，即监控系统将有功设定值与实时运行值比较，当差值超过死区值（2MW）时，则对调速器发出脉冲调节，使有功功率达到设定值，因此检修工作人员将6号机组监控系统的“增有功”和“减有功”继电器退出，再将6号机组调速器控制由“手动”控制切换至“自动”控制状态，调速器本体运行状况依然稳定，未发生抽动现象。经确定6号机组监控系统“增有功”和“减有功”继电器良好及动作正常后，分析认定6号机组调速器在“自动”控制时的抽动是由于机组有功功率数值大幅度波动，不能稳定至设定值要求范围内，当出现有功功率数值高于或低于设定值时，6号机组监控就不断向调速器发出“增有功”和“减有功”脉冲调节命令，导致6号机组调速器在“自动”状态时的不断调节动作，形成类似抽动现象，因此确定机组调速器本体运行稳定，调速器导叶PI闭环调节的反馈与控制系统工作正常，故障现象不是调速器的原因。
3.2 6号发电机监控系统功率采集变送器装置及接线回路工作的检查
将6号机组监控“增有功”和“减有功”脉冲继电器退出，使6号机组调速器本体处于稳定运行状态，检查发现功率采集变送器装置的有功功率数大幅突变波动、无功功率数值轻微波动（无功功率在正值输出状态）、转子电压和电流数值有轻微波动、定子电压稳定在额定数值、定子电流数值有大于10%的突变波动，功率采集变送器装置工作温度正常、外部接线良好，在做好电压回路防短路、电流回路防开路措施后，对功率采集变送器装置及回路测试，测试结果表明功率采集变送器装置及回路无其他各种电磁干扰信号、数值显示准确、装置运行稳定，对发电机PT二次回路及测量CT二次回路检测发现发电机PT二次回路电压能稳定在正常值（100V），测量CT二次回路三相电流对称，但电流值周期性大幅波动（波动电流数值超过10%），对本发电机其他组CT二次回路三相电流测量表明，本发电机其他CT二次回路三相电流也一样大幅波动（波动电流数值超过10%），对同单元其他运行的发电机CT二次回路三相电流值检测稳定。检查分析确定6F发电机监控系统功率采集、变送器装置及回路工作正常、无干扰信号、数值准确、装置运行稳定，发电机PT、CT工作正常，发电机有功功率的波动不存在受电气反馈数值和电气系统影响因素，确定6F发电机确实存在真实电流的大幅波动。
3.3 6号机组电气及励磁系统的检测观察
由于6F发电机在此次运行前进行了发电机集电环的检修工作和励磁装置的维护工作，且存在无功功率数值、转子电压和电流数值有轻微波动，因此初步认为发电机的电流波动存在电气因素，破坏了发电机运行的静态稳定性。于是6号机组停机后，对发电机励磁系统检测，在确认发电机集电环、碳刷、励磁调节系统及回路良好后，对发电机进行零起升压至空载特性试验和主轴产生的感应电势及轴电流检测，通过对试验观察表明，升压、降压调节过程中的各对应点的励磁电压和电流、发电机电压和电流、轴感应电势及电流等数值与发电机历史数据数值趋近（只是误差），各参数符合厂家设计要求，测试结果确定发电机转子线圈及回路良好，定子铁芯无局部短路现象，定子线圈及回路良好，发电机气隙均匀状况符合设计安装及正常运行要求，励磁调节系统工作正常、稳定，无功功率轻微波动是由于机组有功功率大幅度波動造成机组运行电气功角特性变化、调整而产生的，基本排除发电机存在电气故障。
3.4 6号机组故障工况时的水力工况检查
确定发电机功率波动非电气因素后，对水轮机水力波动、机械工作状况检查，发现发电机在有功功率大幅波动工况区运行时（已保持调速器稳定），尾水管压力及压力脉动表均有轻微周期性异常振动和摆动，而其他机组的各压力则相对稳定，判断可能是由于水力因素造成功率波动，故将6号机组调速器的机组工作水头由自动采集控制更改为人工设置，机组当前运行水头值由10.5m（此时上游水位19.6m、下游水位9.3m）修改为9.0m，从而改变机组运行协联状况，使机组导叶开度和桨叶配合开度发生改变，改变了导叶和桨叶间水力入冲角的水力运行状态，此时，机组尾水管压力及压力脉动均趋于稳定，发电机有功功率和无功功率数值稳定，机组振动状况迅速稳定至允许范围内，发电机运行工况稳定，故障现象消失，经对发电机组运行负荷的多次调节、观察，发电机能够稳定的运行在额定功率（42MW），确定故障确已消除，此次6号机组有功功率大幅度波动现象是由于机组在实际运行中的协联工况不良所致。
4 灯泡贯流式机组在实际运行中协联工况产生破坏的主要因素
（1）灯泡贯流式机组运行水头低、单位流量大、机组间距小，易受运行机组的台数影响，造成机组水力损失及动态变化较大，机组运行的采集测量水头与机组实际运行净水头有一定误差，一定程度上影响了机组在实际运行中的协联状况；
（2）受灯泡贯流式机组过水流道结构特性的决定作用，机组运行水力状况极容易受到多种因素的影响，机组工作在毛水头接近（或低于）额定工作水头时，一旦出现机组进水口栏污栅堵塞或泄洪闸泄水流态改变等情况，机组的水力流态、水能损失、过水流量受限、不平衡水力及引水旋涡对机组运行的净水头能量影响很大，破坏了机组实际运行的稳定性和协联工况；
（3）灯泡贯流机组运行的协联曲线仍采用了厂家设计的模拟协联曲线，尚未根据现场实际的具体情况，对运行机组的协联曲线进行必要的校验、修试、补偿，导致一些机组运行的协联自动控制不完全适宜现场的实际状况；
（4）灯泡贯流式机组在实际运行中会由于水头在测值方面的数值误差、导叶或桨叶开度反馈在测值方面的数值误差造成机组在实际运行中的协联状况变化；
（5）灯泡贯流式机组在实际运行中也会由于机组个别导叶机械故障，导致该导叶失控，造成机组在运行中的协联破坏；
（6）灯泡贯流式机组调速器机械液压控制机构“零”位漂移，导叶或桨叶开度维持稳定性降低，造成的水力波动或水力入冲角变化引起的功率及功率调节变化。
5 结语
综上所述，水利水电工程建设蓬勃发展使得灯泡贯流式机组的应用更加广泛。但是，由于我国贯流式机组的发展时间比较短，在布置方式、安装、检测和运行过程中的与其他机组有较大的区别。因此，相关技术人员应加强对灯泡贯流式机组的研究，定期对机组进行检查和维修，及时发现故障并制定有效的处理措施。同时，应加强自身的综合技能，学习国内外先进的技术，并在不断的实践过程中积累经验，避免在故障的查找过程中走弯路。从而保证机组运行的经济性、稳定性和安全性。
参考文献
[1] 记者 星子;灯泡贯流式机组技术在我省中型水电站成功应用[N];青海日报;2009年
[2] 冯衍祥 灯泡贯流式机组运行中的若干问题[J] 水电站机电技术 2007年05期
摘要：随着我国社会经济的快速发展和科学技术的不断进步，灯泡贯流式机组广泛应用于我国水利设施当中。但灯泡贯流式事故却时有发生。因此，本文结合工程实例，通过对工程相关实际情况的介绍，针对灯泡贯流式机组在运行过程中出现的故障进行深入分析，并提出合理有效的处理措施。为其他类似机组出现故障现象提供参考和借鉴。
关键词：灯泡贯流式机组；故障；检查；处理措施
Abstract: with the rapid development of our social economy and the improvement of science and technology, the light bulb tubular turbine units are widely used in our country of water conservancy facilities. But the bulb turbine accident but occur frequently. Thus, in this paper, combined with the engineering practice, through to the actual conditions of the engineering related is introduced, in view of the bulb turbine units in operation appeared in the process of failure analysis, and put forward the reasonable and effective treatment measures. For other similar units malfunction provide reference for the phenomenon.
Keywords: light bulb tubular turbine units; Fault; Check; Processing measures
近年来，随着现代科学技术的进步，设计制造加工能力等到了不断的完善。灯泡贯流式机组正向着大容量、高水头和大尺寸的方向发展。由于机组具有流量大、效率高、建设工期短和投资成本低的优点，也被广泛应用于水利设施行业当中。但是，某些贯流式机组在运行过程中经常出现事故，也暴漏出了在设计制造安装上存在的问题。因此，针对灯泡贯流式机组在运行过程中出现的故障进行分析，并寻找有效的处理措施是十分有必要的。这对于确保灯泡贯流式机组运行的安全性、稳定性、经济性具有重要意义。
1 工程概况
某工程一座以发电为主，兼顾航运、灌溉、调水压咸等综合效益的特大型水利设施。采用灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量15×42MW，设计年发电量30亿kW·h，是该地区目前唯一的大型骨干电源支撑点，也是目前世界上已建成装机台数最多、容量最大的灯泡贯流式机组电站。电站采用220kV电压等级三回出线联结南方电网，发电机出口采用13.8kV电压等级三机（机组）一变（主变）扩大单元接线，机组分别由天津阿尔斯通、东方电机、哈尔滨及东芝电机生产，水轮机转轮直径分别为7.5m和7.45m额定输出功率42.94MW，额定水头9.5m，额定流量分别为497.5m3/s、492.5m3/s、498.1m3/s，所有机组允许最大工作净水头16m，最小工作净水头3m，发电机额定容量45.65MVA，额定功率因数0.92，允许用提高功率因数的方法把发电机有功功率提高到额定视在功率运行，发电机应能在進相深度达0.95下长期运行，水轮发电机组额定转数75r/min。
2 有功功率大幅度波动的故障现象
该水利设施6号发电机组在计划性小修结束投入运行后，当将机组有功功率运行至38MW及以上时，机组有功功率突然产生周期性大幅度波动，功率波动范围为34～42MW，调速系统难以稳定，导叶开度在69%～75%、桨叶开度在79%～83%之间不停地抽动，机组振动剧烈，油压装置的主用油泵长期打压运行，备用压油泵频繁启动，机组上位机显示监控不断对6号机组调速器发出“增有功动作”和“减有功动作”命令，6号机组有功增设值越大，其有功功率的波动幅值及机组振动也越大，6号机组已无法安全、稳定运行至额定有功功率（42MW），对6号机组调速器进行A套、B套控制调节切换，故障现象未能消除，运行工作人员只能将6号机组有功功率限制设定在32MW范围内稳定运行。
3 有功功率大幅度波动的检查、处理及分析
3.1 6号机组调速器的检查
检修工作人员至现场，首先对6号机组调速器进行检查。再次将6号机组有功功率设定运行至38MW（即出现故障现象工况）时，将6号机组调速器控制由“自动”控制切换至“手动”控制状态，调速器抽动状况消失，机组导叶开度和桨叶开度数值稳定，开度反馈状况良好，调速器各机械状态良好，机械液压控制系统无明显“零”位漂移现象，调速器本体控制稳定，油压装置工作恢复稳定，机组振动状况在一定程度上有所降低。但此时6号机组的有功功率数值仍然周期性大幅度波动，故障现象依然存在。鉴于机组调速器是由机组监控系统采用脉冲控制，即监控系统将有功设定值与实时运行值比较，当差值超过死区值（2MW）时，则对调速器发出脉冲调节，使有功功率达到设定值，因此检修工作人员将6号机组监控系统的“增有功”和“减有功”继电器退出，再将6号机组调速器控制由“手动”控制切换至“自动”控制状态，调速器本体运行状况依然稳定，未发生抽动现象。经确定6号机组监控系统“增有功”和“减有功”继电器良好及动作正常后，分析认定6号机组调速器在“自动”控制时的抽动是由于机组有功功率数值大幅度波动，不能稳定至设定值要求范围内，当出现有功功率数值高于或低于设定值时，6号机组监控就不断向调速器发出“增有功”和“减有功”脉冲调节命令，导致6号机组调速器在“自动”状态时的不断调节动作，形成类似抽动现象，因此确定机组调速器本体运行稳定，调速器导叶PI闭环调节的反馈与控制系统工作正常，故障现象不是调速器的原因。
3.2 6号发电机监控系统功率采集变送器装置及接线回路工作的检查
将6号机组监控“增有功”和“减有功”脉冲继电器退出，使6号机组调速器本体处于稳定运行状态，检查发现功率采集变送器装置的有功功率数大幅突变波动、无功功率数值轻微波动（无功功率在正值输出状态）、转子电压和电流数值有轻微波动、定子电压稳定在额定数值、定子电流数值有大于10%的突变波动，功率采集变送器装置工作温度正常、外部接线良好，在做好电压回路防短路、电流回路防开路措施后，对功率采集变送器装置及回路测试，测试结果表明功率采集变送器装置及回路无其他各种电磁干扰信号、数值显示准确、装置运行稳定，对发电机PT二次回路及测量CT二次回路检测发现发电机PT二次回路电压能稳定在正常值（100V），测量CT二次回路三相电流对称，但电流值周期性大幅波动（波动电流数值超过10%），对本发电机其他组CT二次回路三相电流测量表明，本发电机其他CT二次回路三相电流也一样大幅波动（波动电流数值超过10%），对同单元其他运行的发电机CT二次回路三相电流值检测稳定。检查分析确定6F发电机监控系统功率采集、变送器装置及回路工作正常、无干扰信号、数值准确、装置运行稳定，发电机PT、CT工作正常，发电机有功功率的波动不存在受电气反馈数值和电气系统影响因素，确定6F发电机确实存在真实电流的大幅波动。
3.3 6号机组电气及励磁系统的检测观察
由于6F发电机在此次运行前进行了发电机集电环的检修工作和励磁装置的维护工作，且存在无功功率数值、转子电压和电流数值有轻微波动，因此初步认为发电机的电流波动存在电气因素，破坏了发电机运行的静态稳定性。于是6号机组停机后，对发电机励磁系统检测，在确认发电机集电环、碳刷、励磁调节系统及回路良好后，对发电机进行零起升压至空载特性试验和主轴产生的感应电势及轴电流检测，通过对试验观察表明，升压、降压调节过程中的各对应点的励磁电压和电流、发电机电压和电流、轴感应电势及电流等数值与发电机历史数据数值趋近（只是误差），各参数符合厂家设计要求，测试结果确定发电机转子线圈及回路良好，定子铁芯无局部短路现象，定子线圈及回路良好，发电机气隙均匀状况符合设计安装及正常运行要求，励磁调节系统工作正常、稳定，无功功率轻微波动是由于机组有功功率大幅度波動造成机组运行电气功角特性变化、调整而产生的，基本排除发电机存在电气故障。
3.4 6号机组故障工况时的水力工况检查
确定发电机功率波动非电气因素后，对水轮机水力波动、机械工作状况检查，发现发电机在有功功率大幅波动工况区运行时（已保持调速器稳定），尾水管压力及压力脉动表均有轻微周期性异常振动和摆动，而其他机组的各压力则相对稳定，判断可能是由于水力因素造成功率波动，故将6号机组调速器的机组工作水头由自动采集控制更改为人工设置，机组当前运行水头值由10.5m（此时上游水位19.6m、下游水位9.3m）修改为9.0m，从而改变机组运行协联状况，使机组导叶开度和桨叶配合开度发生改变，改变了导叶和桨叶间水力入冲角的水力运行状态，此时，机组尾水管压力及压力脉动均趋于稳定，发电机有功功率和无功功率数值稳定，机组振动状况迅速稳定至允许范围内，发电机运行工况稳定，故障现象消失，经对发电机组运行负荷的多次调节、观察，发电机能够稳定的运行在额定功率（42MW），确定故障确已消除，此次6号机组有功功率大幅度波动现象是由于机组在实际运行中的协联工况不良所致。
4 灯泡贯流式机组在实际运行中协联工况产生破坏的主要因素
（1）灯泡贯流式机组运行水头低、单位流量大、机组间距小，易受运行机组的台数影响，造成机组水力损失及动态变化较大，机组运行的采集测量水头与机组实际运行净水头有一定误差，一定程度上影响了机组在实际运行中的协联状况；
（2）受灯泡贯流式机组过水流道结构特性的决定作用，机组运行水力状况极容易受到多种因素的影响，机组工作在毛水头接近（或低于）额定工作水头时，一旦出现机组进水口栏污栅堵塞或泄洪闸泄水流态改变等情况，机组的水力流态、水能损失、过水流量受限、不平衡水力及引水旋涡对机组运行的净水头能量影响很大，破坏了机组实际运行的稳定性和协联工况；
（3）灯泡贯流机组运行的协联曲线仍采用了厂家设计的模拟协联曲线，尚未根据现场实际的具体情况，对运行机组的协联曲线进行必要的校验、修试、补偿，导致一些机组运行的协联自动控制不完全适宜现场的实际状况；
（4）灯泡贯流式机组在实际运行中会由于水头在测值方面的数值误差、导叶或桨叶开度反馈在测值方面的数值误差造成机组在实际运行中的协联状况变化；
（5）灯泡贯流式机组在实际运行中也会由于机组个别导叶机械故障，导致该导叶失控，造成机组在运行中的协联破坏；
（6）灯泡贯流式机组调速器机械液压控制机构“零”位漂移，导叶或桨叶开度维持稳定性降低，造成的水力波动或水力入冲角变化引起的功率及功率调节变化。
5 结语
综上所述，水利水电工程建设蓬勃发展使得灯泡贯流式机组的应用更加广泛。但是，由于我国贯流式机组的发展时间比较短，在布置方式、安装、检测和运行过程中的与其他机组有较大的区别。因此，相关技术人员应加强对灯泡贯流式机组的研究，定期对机组进行检查和维修，及时发现故障并制定有效的处理措施。同时，应加强自身的综合技能，学习国内外先进的技术，并在不断的实践过程中积累经验，避免在故障的查找过程中走弯路。从而保证机组运行的经济性、稳定性和安全性。
参考文献
[1] 记者 星子;灯泡贯流式机组技术在我省中型水电站成功应用[N];青海日报;2009年
[2] 冯衍祥 灯泡贯流式机组运行中的若干问题[J] 水电站机电技术 2007年05期