引言

水輪發(fā)電機組運行過程中的安全性、可靠性和穩(wěn)定性對保證整個水電站的生產(chǎn)與經(jīng)營活動具有重要作用,如何保證水輪發(fā)電機組的正常運行一直是水電站面臨的一個重要問題,如何采取合理的措施解決這些問題,是延長水輪發(fā)電機組使用壽命的關鍵所在。

1案例概況

M江是我國西南部地區(qū)一條著名河流,根據(jù)當?shù)卣块T對河流的規(guī)劃,擬在上游建設一座水電站,主壩為土石壩,項目模式為EPC總承包項目,總投資額25.23億美元,附屬工程項目主要包括灌溉、發(fā)電、給水等多項功能建筑物體。另外,在主廠房內(nèi)分別設置6臺型號為HLA743-LT-200的水輪發(fā)電機組,并配有sF35- 18/5070型號的發(fā)電機,裝機總容量25Mw,額定轉速285.2 r/min。

2水輪發(fā)電機組調試問題和解決措施

2.1振動故障產(chǎn)生的危害

振動故障是水輪發(fā)電機組運行過程中不可避免的現(xiàn)象之一,振動故障不僅會對水輪發(fā)電機組正常運行帶來巨大影響,而且會給振動機組的安全性造成危害,具體體現(xiàn)在以下幾個方面:（1)引起發(fā)電機零部件金屬焊縫疲勞,使之出現(xiàn)裂紋,導致水輪發(fā)電機組破壞甚至是報廢。（2)造成水輪發(fā)電機組各部位緊密連接部件松動,導致緊固件斷裂 ,加劇被連接部分振動 ,使其迅速損壞。（3)加速發(fā)電機組磨損,比如大軸的劇烈擺動使軸與軸瓦溫度升高,導致軸承燒壞。

2.2振動故障產(chǎn)生的原因分析

在本工程項目中也同樣遇到了類似問題,若想解決這一問題,需要對引發(fā)水輪發(fā)電機組振動故障的原因進行分析,以期找到具有針對性的解決辦法。

（1)機械原因:多為水輪發(fā)電機組質量問題而導致:同時,可能還會由水輪發(fā)電機組軸承間距過大、主軸較細、剛度較低以及零件松動等原因而引發(fā)。

（2)電磁原因:主要由電機電氣部分的電磁力決定,水輪發(fā)電機組的振動現(xiàn)象會隨著電磁力的增大而增大,而電磁力的主要影響因素有轉子圓度等。

本項目中的水輪發(fā)電機組轉動部分由于受到電磁力的影響,發(fā)生振動故障。一般情況下,隨著電磁力的不斷增大,水輪發(fā)電機組的振動現(xiàn)象也會加劇,其中振動最明顯的是在上機架部分,此時如果沒有固定好定子繞組或者轉子繞組,其會在電氣負荷與電子負荷的共同影響下發(fā)生振動現(xiàn)象,隨著振動速度的不斷加快,振動的現(xiàn)象愈加明顯。

（3)水力原因:當水輪發(fā)電機組進水流道不通暢時,會有漩渦從進水流道進入水輪發(fā)電機組中,引發(fā)水輪發(fā)電機組振動現(xiàn)象,且振動會隨著水輪發(fā)電機組的運行情況變化而不斷變化。另外 ,導葉不均勻導致的水輪發(fā)電機組振動問題常發(fā)生于低比速的水輪發(fā)電機組中,這主要是因為水輪發(fā)電機組與導葉片的位置較近,導葉片的不均勻也會對水輪發(fā)電機組的正常運行產(chǎn)生影響。

2.3水輪發(fā)電機組調試問題

2.3.1 甩油、溢油

某日,本項目中水輪發(fā)電機組調試小組分別對6臺HLA743-LT-200型水輪發(fā)電機組進行瓦溫試驗,出現(xiàn)了甩油和溢油問題。這主要是因為項目所在地上游部分蓄水水平面的水輪機入口垂直高度低于額定的發(fā)電水頭值,使得導葉開至全開時的額定轉速仍未能達到機械過速值,過速時上導油盆蓋上的呼吸器和測溫電阻出線孔出現(xiàn)了甩油和溢油的現(xiàn)象,同時定子鐵芯和線棒上也沾有少量的油漬?，F(xiàn)場安裝技術人員和廠家代表共同分析和研究后認為:廠家設計和生產(chǎn)的上導油盆中呼吸器較矮,測溫電阻出線孔處沒有設置封蓋裝置,在水輪發(fā)電機組運行過程中,由于上導油盆中的擾動較大,當油位不斷升高之后,油就從呼吸器和測溫電阻出線孔中甩出和溢出。

2.3.2下導軸承擺度超標

拆開下導軸承油盆蓋板,經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)有個別下導軸承瓦支撐螺栓套筒與軸承點的焊接部位出現(xiàn)斷裂并伴有套筒松動現(xiàn)象。根據(jù)廠家提供的HLA743-LT-200型水輪發(fā)電機組制造圖紙,下導軸承瓦支撐螺栓套應在出廠之前與軸承體牢固焊接在一起,這屬于設備制造缺陷,最終得出此為下導軸承擺度超標的主要原因。

2.3.3下導軸承瓦支撐螺栓套筒底部未按加工圖滿焊

工作人員再次拆下下導軸承油盆蓋板,經(jīng)過更進一步的檢查發(fā)現(xiàn)下導軸承瓦支撐螺栓套在經(jīng)過電焊之后依然有個別瓦間隙持續(xù)增大,工作人員查閱了水輪發(fā)電機組原始記錄的安裝流程,均沒有任何問題。后經(jīng)過兩天時間的觀察 ,同時求助水輪發(fā)電機生產(chǎn)廠家得到了下機架和下導軸承加工圖紙,另從設備的制造角度分析發(fā)現(xiàn):下導軸承瓦支撐螺栓套筒底部與軸承體部位應滿焊,這一部位不僅受力大,還可能會對擺度造成重要影響,由此懷疑該部位未按照加工圖滿焊,又由于該部位是水輪發(fā)電機組的隱蔽部位,從外觀無法直接看到,因此需要拆開軸承體外部套筒封板后進行檢查,如果未滿焊應做滿焊處理。

2.3.4調試器出現(xiàn)故障

在本項目中,工作人員在調試某一臺水輪發(fā)電機組的過程中無法穩(wěn)定關閉時間,且這個時間在沒有任何規(guī)律的情況下不間斷地延續(xù)和縮短,并出現(xiàn)油泵堵塞的現(xiàn)象,工作人員打開過濾器發(fā)現(xiàn)油泵的過濾網(wǎng)上有大量木屑,關閉水輪發(fā)電機組啟動按鈕,停止調試。

3水輪發(fā)電機組調試振動故障問題的處理措施

3. 1 對發(fā)電機轉子繞組實施平衡處理

(1）在施工現(xiàn)場對發(fā)電機轉子繞組實施平衡處理,放大導油盆密封間隙,再從轉子繞組平衡角度出發(fā),減輕機架部位的振動現(xiàn)象。放大導油盆密封間隙后,對水輪發(fā)電機組實施2次啟動 ,振動故障問題得到了解決 。(2）由于各個導軸承的擺度并不在規(guī)定標準范圍內(nèi),理應對各個軸承進行過速試驗。在具體的試驗過程中,當下導擺度的最大 值達到540um時 ,上機架X 向值達到180 um及以上。由此可 以準確判斷出過速試驗中下導擺度在540um時正是轉子質量不達標導致了水輪發(fā)電機組調試過程中出現(xiàn)振動故障問題。

3.2用油、溢油問題處理措施

關閉水輪發(fā)電機組,安排專業(yè)人員分別清理甩出和溢出的油漬,并擦拭轉子內(nèi)部的油漬,再使用干凈的白布清理轉子間隙、定子上下以及線棒上的油漬,以上這些工作需要在短時間內(nèi)迅速完成。另外,通過加高呼吸器、加裝密封蓋等方法解決甩油和溢油的問題。實踐證明,這些方法不僅正確且十分有效,因此,在其他機組上進行了試驗和改造 ,后續(xù)水輪發(fā)電機組在運行過程中未再出現(xiàn)該類問題。

3.3下導軸承擺度超標處理措施

在施工現(xiàn)場對下導軸承瓦支撐螺栓套筒與軸承點的焊接部位出現(xiàn)斷裂部分進行點焊,重新抱瓦和調整瓦隙直至滿足設計要求后封蓋油盆蓋板。

3.4下導軸承瓦支撐螺栓套筒底部滿焊處理措施

通過碳弧氣刨的方法,將下導軸承瓦支撐螺栓套筒全部刨開,發(fā)現(xiàn)確實是下導軸承瓦支撐螺栓套筒底部未做滿焊處理,僅僅進行了點焊,該部位是本項目水輪發(fā)電機組中受力最大的部位,套筒底部沒有進行滿焊不僅成為該套筒出現(xiàn)柔性缺陷的一個重要因素,也成為下導軸承擺度超標的主要原因之一。處理方式如下:對所有未經(jīng)過滿焊的下導軸承瓦支撐螺栓套筒底部進行滿焊處理,再將每一個套筒封板同樣進行全部封焊,如圖1所示。

圖1下導軸承瓦支撐螺栓套筒底部滿焊示意圖

3.5調試器故障解決措施

(1）分解所有分段關閉閥,清理木屑和閥體流道 。 (2）清理所有管路 ,清理完畢后再次吹掃干凈。(3）全面清掃水 輪發(fā)電機組總的主配壓閥 。(4）日后 ,在安裝所有閥件、管 路之前應徹底清掃和檢查流道。(5）安裝過程中對已經(jīng)進行過清掃的管路、閥件做好相應的防護處理:在具體安裝過程中,施工企業(yè)、生產(chǎn)廠家、建設單位應全力配合,嚴格把控施工工藝和流程。

3.6轉子圓度問題解決辦法

(1）處理轉子磁極,先將磁極吊出,對磁極的鴿尾、鴿尾槽進行修模,其目的是保證磁極的水平度和間隙均勻。(2）及時清理磁極上面殘留的碎屑并重新安裝 。(3）處理磁極鍵,根據(jù)磁極鍵的實際情況,待轉子圓度測試合格后將多余的磁極鍵割掉 ,并于上部安裝一個擋塊。(4）固定磁極鍵 ,避免磁極鍵出現(xiàn)歪斜和上竄。(5）對轉子圓度進行復合測試,并保證測試數(shù)據(jù)符合標準。

4 結語

水輪發(fā)電機組調試是一項十分重要的工作,在調試期間會遇到各種各樣的問題,如振動故障、甩油/溢油或施工和設備制造等方面的問題,但不論是什么問題,都需要調試人員仔細觀察,分析問題形成的原因,提出解決辦法,避免安全事故的發(fā)生,這對保障水輪發(fā)電機組的安全運行和使用壽命具有重要的現(xiàn)實意義。