引言

水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中的安全性、可靠性和穩(wěn)定性對保證整個(gè)水電站的生產(chǎn)與經(jīng)營活動(dòng)具有重要作用,如何保證水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行一直是水電站面臨的一個(gè)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(jī)組使用壽命的關(guān)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(dāng)?shù)卣块T對河流的規(guī)劃,擬在上游建設(shè)一座水電站,主壩為土石壩,項(xiàng)目模式為EPC總承包項(xiàng)目,總投資額25.23億美元,附屬工程項(xiàng)目主要包括灌溉、發(fā)電、給水等多項(xiàng)功能建筑物體。另外,在主廠房內(nèi)分別設(shè)置6臺型號為HLA743-LT-200的水輪發(fā)電機(jī)組,并配有sF35- 18/5070型號的發(fā)電機(jī),裝機(jī)總?cè)萘?5Mw,額定轉(zhuǎn)速285.2 r/min。

2水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試問題和解決措施

2.1振動(dòng)故障產(chǎn)生的危害

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

2.2振動(dòng)故障產(chǎn)生的原因分析

在本工程項(xiàng)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(jī)組振動(dòng)故障的原因進(jìn)行分析,以期找到具有針對性的解決辦法。

（1)機(jī)械原因:多為水輪發(fā)電機(jī)組質(zhì)量問題而導(dǎo)致:同時(shí),可能還會由水輪發(fā)電機(jī)組軸承間距過大、主軸較細(xì)、剛度較低以及零件松動(dòng)等原因而引發(fā)。

（2)電磁原因:主要由電機(jī)電氣部分的電磁力決定,水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)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(zhuǎn)子圓度等。

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

（3)水力原因:當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)水流道不通暢時(shí),會有漩渦從進(jìn)水流道進(jìn)入水輪發(fā)電機(jī)組中,引發(fā)水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象,且振動(dòng)會隨著水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況變化而不斷變化。另外 ,導(dǎo)葉不均勻?qū)е碌乃啺l(fā)電機(jī)組振動(dòng)問題常發(fā)生于低比速的水輪發(fā)電機(jī)組中,這主要是因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)組與導(dǎo)葉片的位置較近,導(dǎo)葉片的不均勻也會對水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。

2.3水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試問題

2.3.1 甩油、溢油

某日,本項(xiàng)目中水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試小組分別對6臺HLA743-LT-200型水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行瓦溫試驗(yàn),出現(xiàn)了甩油和溢油問題。這主要是因?yàn)轫?xiàng)目所在地上游部分蓄水水平面的水輪機(jī)入口垂直高度低于額定的發(fā)電水頭值,使得導(dǎo)葉開至全開時(shí)的額定轉(zhuǎn)速仍未能達(dá)到機(jī)械過速值,過速時(shí)上導(dǎo)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(shí)定子鐵芯和線棒上也沾有少量的油漬。現(xiàn)場安裝技術(shù)人員和廠家代表共同分析和研究后認(rèn)為:廠家設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的上導(dǎo)油盆中呼吸器較矮,測溫電阻出線孔處沒有設(shè)置封蓋裝置,在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中,由于上導(dǎo)油盆中的擾動(dòng)較大,當(dāng)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(dǎo)軸承擺度超標(biāo)

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

2.3.3下導(dǎo)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(dǎo)軸承油盆蓋板,經(jīng)過更進(jìn)一步的檢查發(fā)現(xiàn)下導(dǎo)軸承瓦支撐螺栓套在經(jīng)過電焊之后依然有個(gè)別瓦間隙持續(xù)增大,工作人員查閱了水輪發(fā)電機(jī)組原始記錄的安裝流程,均沒有任何問題。后經(jīng)過兩天時(shí)間的觀察 ,同時(shí)求助水輪發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家得到了下機(jī)架和下導(dǎo)軸承加工圖紙,另從設(shè)備的制造角度分析發(fā)現(xiàn):下導(dǎo)軸承瓦支撐螺栓套筒底部與軸承體部位應(yīng)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(jī)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(jìn)行檢查,如果未滿焊應(yīng)做滿焊處理。

2.3.4調(diào)試器出現(xiàn)故障

在本項(xiàng)目中,工作人員在調(diào)試某一臺水輪發(fā)電機(jī)組的過程中無法穩(wěn)定關(guān)閉時(shí)間,且這個(gè)時(shí)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(guān)閉水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)按鈕,停止調(diào)試。

3水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試振動(dòng)故障問題的處理措施

3. 1 對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組實(shí)施平衡處理

(1）在施工現(xiàn)場對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組實(shí)施平衡處理,放大導(dǎo)油盆密封間隙,再從轉(zhuǎn)子繞組平衡角度出發(fā),減輕機(jī)架部位的振動(dòng)現(xiàn)象。放大導(dǎo)油盆密封間隙后,對水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)施2次啟動(dòng) ,振動(dòng)故障問題得到了解決 。(2）由于各個(gè)導(dǎo)軸承的擺度并不在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),理應(yīng)對各個(gè)軸承進(jìn)行過速試驗(yàn)。在具體的試驗(yàn)過程中,當(dāng)下導(dǎo)擺度的最大 值達(dá)到540um時(shí) ,上機(jī)架X 向值達(dá)到180 um及以上。由此可 以準(zhǔn)確判斷出過速試驗(yàn)中下導(dǎo)擺度在540um時(shí)正是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致了水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試過程中出現(xiàn)振動(dòng)故障問題。

3.2用油、溢油問題處理措施

關(guān)閉水輪發(fā)電機(jī)組,安排專業(yè)人員分別清理甩出和溢出的油漬,并擦拭轉(zhuǎn)子內(nèi)部的油漬,再使用干凈的白布清理轉(zhuǎn)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(shí)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(shí)踐證明,這些方法不僅正確且十分有效,因此,在其他機(jī)組上進(jìn)行了試驗(yàn)和改造 ,后續(xù)水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中未再出現(xiàn)該類問題。

3.3下導(dǎo)軸承擺度超標(biāo)處理措施

在施工現(xiàn)場對下導(dǎo)軸承瓦支撐螺栓套筒與軸承點(diǎn)的焊接部位出現(xiàn)斷裂部分進(jìn)行點(diǎn)焊,重新抱瓦和調(diào)整瓦隙直至滿足設(shè)計(jì)要求后封蓋油盆蓋板。

3.4下導(dǎo)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(dǎo)軸承瓦支撐螺栓套筒全部刨開,發(fā)現(xiàn)確實(shí)是下導(dǎo)軸承瓦支撐螺栓套筒底部未做滿焊處理,僅僅進(jìn)行了點(diǎn)焊,該部位是本項(xiàng)目水輪發(fā)電機(jī)組中受力最大的部位,套筒底部沒有進(jìn)行滿焊不僅成為該套筒出現(xiàn)柔性缺陷的一個(gè)重要因素,也成為下導(dǎo)軸承擺度超標(biāo)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(dǎo)軸承瓦支撐螺栓套筒底部進(jìn)行滿焊處理,再將每一個(gè)套筒封板同樣進(jìn)行全部封焊,如圖1所示。

圖1下導(dǎo)軸承瓦支撐螺栓套筒底部滿焊示意圖

3.5調(diào)試器故障解決措施

(1）分解所有分段關(guān)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(jī)組總的主配壓閥 。(4）日后 ,在安裝所有閥件、管 路之前應(yīng)徹底清掃和檢查流道。(5）安裝過程中對已經(jīng)進(jìn)行過清掃的管路、閥件做好相應(yīng)的防護(hù)處理:在具體安裝過程中,施工企業(yè)、生產(chǎn)廠家、建設(shè)單位應(yīng)全力配合,嚴(yán)格把控施工工藝和流程。

3.6轉(zhuǎn)子圓度問題解決辦法

(1）處理轉(zhuǎn)子磁極,先將磁極吊出,對磁極的鴿尾、鴿尾槽進(jìn)行修模,其目的是保證磁極的水平度和間隙均勻。(2）及時(shí)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(shí)際情況,待轉(zhuǎn)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(gè)擋塊。(4）固定磁極鍵 ,避免磁極鍵出現(xiàn)歪斜和上竄。(5）對轉(zhuǎn)子圓度進(jìn)行復(fù)合測試,并保證測試數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試是一項(xiàng)十分重要的工作,在調(diào)試期間會遇到各種各樣的問題,如振動(dòng)故障、甩油/溢油或施工和設(shè)備制造等方面的問題,但不論是什么問題,都需要調(diào)試人員仔細(xì)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(jī)組的安全運(yùn)行和使用壽命具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。