趙文林

摘要：水輪發(fā)電機(jī)組是水電站的發(fā)電設(shè)備，是為發(fā)電站創(chuàng)造良好效益的關(guān)鍵。在水輪發(fā)電機(jī)組中，水輪機(jī)的正常與否，決定著整個(gè)機(jī)組能否正常運(yùn)行。因此，相關(guān)單位必須重視水輪機(jī)的故障分析，并采取必要的措施，進(jìn)而保證水電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī);運(yùn)行故障;處理措施

引言

當(dāng)前，水力發(fā)電站基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人化運(yùn)行，以遠(yuǎn)方控制、自動(dòng)化運(yùn)行為主，因此設(shè)備的日常保養(yǎng)與維修工作，過(guò)于依賴定期檢查手段，但是由于工作量大、任務(wù)繁重，再加上受到檢修人員專業(yè)水平、精力的限制，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的安全運(yùn)行角度來(lái)看，不能從根本確保設(shè)備的零故障運(yùn)行，仍存在一些問(wèn)題有待改善。

1 水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的常見故障

1.1 關(guān)于水導(dǎo)瓦溫度過(guò)高產(chǎn)生的故障

為確保機(jī)組可以在同一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，可以采用巴氏合金軸將轉(zhuǎn)軸進(jìn)行固定。由于轉(zhuǎn)軸與軸瓦之間存在較小的間隙。如果機(jī)組在實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于摩擦生熱便會(huì)導(dǎo)致軸瓦與轉(zhuǎn)軸溫度升高，進(jìn)而致使軸瓦被燒壞。一旦轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象，將直接導(dǎo)致水輪機(jī)組出現(xiàn)與軸線偏離旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，進(jìn)而造成振動(dòng)問(wèn)題。水導(dǎo)瓦出現(xiàn)過(guò)高溫度的主要原因在于：其一，機(jī)油變質(zhì)。軸承內(nèi)部潤(rùn)滑油由于使用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，使?jié)櫥椭谐霈F(xiàn)水質(zhì)或者其他物質(zhì)等酸性雜物等。致使油質(zhì)出現(xiàn)劣化的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響潤(rùn)滑性能。尤其是一旦軸承之中出現(xiàn)大量水，極易造成潤(rùn)滑或者冷卻的介質(zhì)發(fā)生一定的改變;其二，潤(rùn)滑油不斷減少。由于軸承油槽并未嚴(yán)密封存或者排油閥門并未嚴(yán)密封存，出現(xiàn)漏油或者甩油現(xiàn)象。因潤(rùn)滑油缺失難以形成完好的油膜，致使軸承的溫度不斷升高;其三，出現(xiàn)冷卻水壓不斷降低或者中斷現(xiàn)象。由于管道進(jìn)入空氣、冷卻水管堵塞或者閥門閥瓣破損等因素都會(huì)嚴(yán)重影響冷卻器的過(guò)流量。致使冷卻器無(wú)法正常發(fā)揮作用，導(dǎo)致軸承油溫迅速上升。

1.2 出現(xiàn)機(jī)組過(guò)速故障問(wèn)題

一旦機(jī)組轉(zhuǎn)速高于銘牌上標(biāo)記出來(lái)的轉(zhuǎn)速，將會(huì)出現(xiàn)過(guò)速故障;一旦機(jī)組轉(zhuǎn)速高速某個(gè)定值，一般情況下如果超過(guò)規(guī)定轉(zhuǎn)速的1.5倍以上，將致使機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分產(chǎn)生的離心力逐漸增加，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)與擺動(dòng)幅度持續(xù)增加。這種情況下，極易導(dǎo)致固定部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分產(chǎn)生碰撞，并加重事故程度進(jìn)而造成諸多部件受損，故此，應(yīng)采用合理的措施避免機(jī)組轉(zhuǎn)速過(guò)大的現(xiàn)象發(fā)生。機(jī)組發(fā)生過(guò)速現(xiàn)象后果較為嚴(yán)重，究其原因在于：其一，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行正常并帶有負(fù)荷時(shí)，因各種因素影響致使甩掉負(fù)荷，這時(shí)一旦導(dǎo)葉難以關(guān)閉或者關(guān)閉較慢，機(jī)組轉(zhuǎn)速將直線升高至額定轉(zhuǎn)速的1.2倍一1.5倍;其二，機(jī)組在正常運(yùn)行開機(jī)或者關(guān)機(jī)的進(jìn)程中，一旦出現(xiàn)調(diào)速器難以控制現(xiàn)象，將直接致使機(jī)組轉(zhuǎn)速顯著上升導(dǎo)致過(guò)速現(xiàn)象發(fā)生。

1.3 關(guān)于轉(zhuǎn)輪運(yùn)行出現(xiàn)的故障

轉(zhuǎn)輪作為水輪機(jī)中較為關(guān)鍵性的部件，在水輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中較易出現(xiàn)故障。在一系列研究分析后發(fā)現(xiàn)。當(dāng)前轉(zhuǎn)輪在實(shí)際運(yùn)行中通常出現(xiàn)的故障有：空蝕與斷裂。致使空蝕現(xiàn)象發(fā)生的因素較多，并且涉及的范圍相對(duì)廣泛，例如諸多性能指標(biāo)、加工工藝、轉(zhuǎn)輪材質(zhì)以及熱處理等相關(guān)流程都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)輪質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。因此一旦轉(zhuǎn)輪出現(xiàn)故障的現(xiàn)象，情況較為繁瑣復(fù)雜。一般情況下，轉(zhuǎn)輪抗腐蝕性能與轉(zhuǎn)輪組織細(xì)密程度和表面光滑的程度有關(guān)，如果組織細(xì)密度越強(qiáng)，表面光滑度越強(qiáng)，則抗腐蝕性能相對(duì)較為良好。但是，合理借助轉(zhuǎn)輪組織的細(xì)密程度以及表面光滑程度只能對(duì)空蝕現(xiàn)象進(jìn)行減少，并不能完全將空蝕現(xiàn)象消除。除此之外，如果轉(zhuǎn)輪設(shè)備出現(xiàn)頻繁振動(dòng)現(xiàn)象，空蝕現(xiàn)象將順帶著裂紋出現(xiàn)。

1.4 關(guān)于剪斷銷剪斷故障

剪斷銷的作用是將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與水輪機(jī)導(dǎo)水葉進(jìn)行連接，是水輪機(jī)導(dǎo)水葉一個(gè)較為關(guān)鍵性的保護(hù)裝置。通常情況下，導(dǎo)水葉在實(shí)際運(yùn)行的進(jìn)程中，剪斷銷牽動(dòng)著導(dǎo)水葉轉(zhuǎn)動(dòng)的力度相對(duì)較大，一旦剪力高出正常操作力時(shí)，剪斷銷將被直接剪斷，導(dǎo)致導(dǎo)水葉難以受到合理控制，并致使事故被擴(kuò)大。一旦出現(xiàn)剪斷銷被剪斷的現(xiàn)象，水輪機(jī)水流將難以均勻存在，進(jìn)而致使機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象，如果這時(shí)候關(guān)機(jī)將難以將水流全部關(guān)閉導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)難以停止。分析剪斷銷剪斷故障出現(xiàn)的因素有：其一，一旦導(dǎo)水葉處于被卡住的狀態(tài)，導(dǎo)水葉將難以正常運(yùn)動(dòng)，拐臂由于調(diào)速環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生巨大剪力使剪斷銷被剪斷;其二。導(dǎo)水葉關(guān)閉或者開啟較快，使水流對(duì)導(dǎo)水葉壓力直接增加，因剪力大致使剪斷銷被剪斷。

2 水輪機(jī)運(yùn)行故障的處理措施

2.1 水導(dǎo)瓦溫度過(guò)高的處理方法

水導(dǎo)瓦溫度升高也有好幾種情況，維修人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的處理方法。主要有兩種，其一，水導(dǎo)瓦溫度發(fā)生變化時(shí)，相關(guān)的測(cè)溫設(shè)備會(huì)給出提示，數(shù)值會(huì)發(fā)生波動(dòng)，如果數(shù)值波動(dòng)趨勢(shì)不大，但卻保持上升趨勢(shì)，如果機(jī)組還保持正常的工作狀態(tài)，維修人員就要在其運(yùn)行狀態(tài)下首先檢查測(cè)溫設(shè)備是否出現(xiàn)故障，如果檢查結(jié)果正常，就要對(duì)冷卻器進(jìn)行故障檢查，還要對(duì)潤(rùn)滑油的數(shù)量以及質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，看這兩者是否滿足運(yùn)行條件。其二，測(cè)溫設(shè)備的數(shù)值出現(xiàn)大趨勢(shì)波動(dòng)，并且機(jī)組中心也不能在同一條直線上，為了減小影響，維修人員要使其處于休息狀態(tài)，并對(duì)引起水導(dǎo)瓦發(fā)熱的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)相關(guān)部位以及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量以及性能檢查。只有找到故障處以及故障原因，才能使維修人員有了有的放失的依據(jù)。

2.2 機(jī)組過(guò)速的處理方法

機(jī)組轉(zhuǎn)速在飆升且超過(guò)額定轉(zhuǎn)速并不斷增大時(shí)，維修人員要先觀察機(jī)組過(guò)速是因?yàn)樨?fù)荷減少還是調(diào)速器故障。只有確定了大體方向，才能進(jìn)行細(xì)節(jié)分析。如果是因?yàn)榍罢?，要先查看在機(jī)組過(guò)速運(yùn)行中，導(dǎo)葉等保護(hù)裝置是否啟動(dòng)運(yùn)行著，然后就可以對(duì)機(jī)組檢修狀態(tài)進(jìn)行決定，如果導(dǎo)葉處于罷工狀態(tài)，或者保護(hù)功能減弱，為了減少機(jī)組磨損，就要使其處于休息狀態(tài)，如果關(guān)閉機(jī)組開關(guān)已經(jīng)來(lái)不及，可以對(duì)水輪機(jī)機(jī)組進(jìn)水口閘門進(jìn)行關(guān)閉操作。

2.3 處理水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪故障的措施

主要針對(duì)空蝕這一故障，無(wú)論是哪種方法，主要的處理原理就是使轉(zhuǎn)輪表面保持光滑，保證其整體性。長(zhǎng)期運(yùn)行的轉(zhuǎn)輪表面會(huì)多多少少出現(xiàn)空蝕現(xiàn)象，要想使其保持正常工作狀態(tài)，就要去掉空蝕，在進(jìn)行性能強(qiáng)化，去掉空蝕要注意將表面重新打磨成光滑狀態(tài)，性能彌補(bǔ)強(qiáng)化，就是對(duì)其預(yù)熱電焊，預(yù)熱溫度要控制在一定范圍內(nèi)。

2.4 優(yōu)化水輪機(jī)組運(yùn)行環(huán)境

水輪機(jī)的空化和空蝕與其運(yùn)行條件有著密切的關(guān)系，而人們?cè)谧鲆硇驮O(shè)計(jì)時(shí)，只能保證在設(shè)計(jì)工況附近不發(fā)生嚴(yán)重空化，在這種情況下，一般而言，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的空蝕現(xiàn)象。但在偏離設(shè)計(jì)工況較多時(shí)，翼型的繞流條件、轉(zhuǎn)輪的出流條件等將發(fā)生較大的改變，并在不同程度上加劇翼型空化和空腔空化。因此，必須合理擬定水電廠的運(yùn)行方式，盡量保持機(jī)組在最優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行，以避免發(fā)生空化和空蝕。對(duì)于空化嚴(yán)重的運(yùn)行工況區(qū)域應(yīng)盡量避開，以保證水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，可采用在轉(zhuǎn)輪下部補(bǔ)氣的方法加以優(yōu)化，對(duì)破壞空腔空化空蝕，減輕空化空蝕振動(dòng)有一定作用。補(bǔ)氣可采用自然補(bǔ)氣和強(qiáng)制補(bǔ)氣等方法。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在水電站運(yùn)行過(guò)程中，水輪機(jī)運(yùn)行故障無(wú)法避免，所以，在選用水輪機(jī)設(shè)備時(shí)，應(yīng)充分考慮抗磨損問(wèn)題，在詳細(xì)分析電站運(yùn)行實(shí)況的基礎(chǔ)上，選用最佳的機(jī)型，并且真正落實(shí)高質(zhì)量運(yùn)行檢修工作，從源頭消除隱患，確保水輪機(jī)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

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（作者單位：大唐觀音巖水電開發(fā)有限公司）