周景藝

（國(guó)家能源集團(tuán)貴州電力有限公司紅楓水力發(fā)電廠，貴州 貴陽(yáng) 551400）

0 引言

某水電站1#水輪發(fā)電機(jī)組自增容改造后，開機(jī)運(yùn)行時(shí)推力瓦瓦溫長(zhǎng)期處于偏高狀態(tài)，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)推力瓦溫度會(huì)上升至65℃以上，且呈繼續(xù)上升趨勢(shì)。為此，該機(jī)限負(fù)荷在15～16 MW運(yùn)行，基本上限負(fù)荷運(yùn)行1～2 h，8塊推力瓦瓦溫就能達(dá)到60℃左右，上、下導(dǎo)軸瓦溫度正常。針對(duì)此現(xiàn)象，多次對(duì)此臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了大中小修，但均未能解決問題。機(jī)組不能安全可靠運(yùn)行，直接影響其經(jīng)濟(jì)性和發(fā)電效率。

1 事件背景

某水電站1#機(jī)組于2020年2月進(jìn)行A級(jí)檢修工作，此次A修的重點(diǎn)是解決增容改造以來推力瓦瓦溫過高的缺陷。此次A修開始至開機(jī)甩負(fù)荷成功，經(jīng)歷了3次開機(jī)推力瓦燒瓦事故。3次開機(jī)燒瓦經(jīng)過大致如下：

（1）此次大修按原計(jì)劃更換了推力瓦及推力瓦架（拆除的舊推力瓦中多塊瓦脫胎嚴(yán)重），機(jī)組A修整機(jī)檢查中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪存在下沉現(xiàn)象（上冠下沉7 mm，下環(huán)下沉9 mm），分析可能存在轉(zhuǎn)輪軸向水推力過高的因素。為改善這一現(xiàn)象，將發(fā)電機(jī)鏡板標(biāo)高從修前的516 mm提至513 mm。至4月9日大修完成后，開機(jī)空轉(zhuǎn)10 min后推力瓦瓦溫過高停機(jī)。

（2）第一次燒瓦后，經(jīng)再次拆機(jī)發(fā)現(xiàn)多塊推力瓦托盤底部抗重塊出現(xiàn)裂紋，周邊伴有許多金屬摩擦后產(chǎn)生的金屬顆粒，用手搖動(dòng)推力瓦托盤卡澀嚴(yán)重。后更換了新推力瓦和推力瓦托盤，并重新調(diào)整了受力。至4月21日，開機(jī)空轉(zhuǎn)5 min后推力瓦瓦溫過高停機(jī)。

（3）經(jīng)前兩次燒瓦現(xiàn)場(chǎng)分析決定，為盡量保證機(jī)組達(dá)到拆機(jī)前標(biāo)準(zhǔn)，采取如下相應(yīng)措施：更換上推力瓦架，更換新推力瓦，機(jī)組標(biāo)高恢復(fù)至拆機(jī)前標(biāo)高，并重新盤車調(diào)整受力。至5月16日，開機(jī)空轉(zhuǎn)5 min后推力瓦瓦溫再次過高停機(jī)。

至此，3次開機(jī)試運(yùn)行均宣告失敗。3次開機(jī)瓦溫如表1所示。

表1 3次開機(jī)空轉(zhuǎn)推力瓦瓦溫 單位：℃

2 主要數(shù)據(jù)分析與判斷

2.1 大修前數(shù)據(jù)分析

1#機(jī)在大修前運(yùn)行，因推力瓦溫度偏高（約61℃），運(yùn)行負(fù)荷受限在16 MW，不能實(shí)現(xiàn)18 MW滿負(fù)荷運(yùn)行。1#機(jī)A修前帶負(fù)荷16 MW時(shí)的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 1#機(jī)A修前帶負(fù)荷16 MW時(shí)所收集數(shù)據(jù)

查看數(shù)據(jù)可知，1#機(jī)組在負(fù)荷為16 MW時(shí)的頂蓋水壓為0.23 MPa，而該電站相同型號(hào)2#、3#機(jī)組在18 MW時(shí)的頂蓋水壓均在0.15～0.17 MPa。再根據(jù)拆機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)多塊推力瓦存在脫胎嚴(yán)重的情況來看，是過高的頂蓋水壓造成了推力負(fù)荷過大，且巴氏合金推力瓦承載能力有限，以至于發(fā)生脫胎的現(xiàn)象。

2.2 推力瓦托盤卡澀現(xiàn)象對(duì)燒瓦的影響分析

第一次燒瓦后發(fā)現(xiàn)推力瓦托盤中心抗重塊出現(xiàn)裂紋，且推力瓦托盤不能自如活動(dòng)，卡澀現(xiàn)象嚴(yán)重，托盤傾斜后均不能自動(dòng)回位，實(shí)測(cè)托盤底孔與球頭間隙均為0.30 mm左右。后更換新托盤及抗重塊，并保證抗重螺絲球頭與托盤底孔的配合間隙符合設(shè)計(jì)要求，如表3所示。

表3 新?lián)Q托盤與抗重螺絲球頭配合間隙表 單位：mm

更換推力瓦托盤并加工處理后，每塊托盤活動(dòng)自如，再無卡澀現(xiàn)象，然而開機(jī)仍然燒瓦。由此判定推力瓦托盤卡澀并不是燒瓦的主要原因。

2.3 機(jī)組恢復(fù)至拆機(jī)前標(biāo)準(zhǔn)并重新盤車調(diào)整受力后判斷燒瓦原因

（1）此次盤車所采用的盤車數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 第三次開機(jī)所采用的盤車數(shù)據(jù) 單位：×0.01 mm

從盤車數(shù)據(jù)來看，出現(xiàn)X、Y兩個(gè)方向數(shù)據(jù)不一致的情況，數(shù)據(jù)無規(guī)律，同測(cè)點(diǎn)全擺度數(shù)據(jù)一正一負(fù)且相差甚大。

（2）從燒瓦的實(shí)際情況來看，三次所燒的推力瓦都具有相似性，每塊推力瓦所燒區(qū)域都處于推力瓦靠外圓側(cè)的1/2處。由于此臺(tái)機(jī)組存在一定的特殊性，所以此前每塊推力瓦的加工都嚴(yán)格按照如下工序進(jìn)行：平板找平→研刮→研刮后再找平→破點(diǎn)，從而絕對(duì)保證推力瓦的平面度和推力瓦研刮的工藝要求。推力瓦燒瓦情況如圖1所示。

圖1 推力瓦燒瓦情況

（3）根據(jù)以上兩種現(xiàn)象，總結(jié)分析出可能造成這一切的原因有：1）上機(jī)架承受轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量后存在傾斜量；2）推力瓦受力不可靠；3）鏡板有變形。

（4）針對(duì)以上3種判斷，采取相應(yīng)措施，測(cè)量出以下數(shù)據(jù)，如表5和表6所示。

表5 上機(jī)架上部?jī)?nèi)圈鋼板承受轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量后變形量單位：mm

表6 推力瓦受力調(diào)整最后一圈千分表讀數(shù) 單位：mm

數(shù)據(jù)結(jié)論：與同類型機(jī)組所測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)比，符合要求，上機(jī)架受重后不存在傾斜量。

受力調(diào)整結(jié)論：通過計(jì)算，最后一圈每敲擊一塊瓦時(shí)，X、Y方向讀數(shù)的矢量和與其平均值之差小于10%，受力調(diào)整符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 綜合結(jié)論

經(jīng)測(cè)量，排除上機(jī)架承重后存在變形量及受力不可靠等因素，從而判定鏡板存在變形的可能性較大。

3 缺陷原因分析

3.1 鏡板因素

（1）將鏡板送至專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行平整度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

圖2 檢測(cè)后得出鏡板變形情況

檢測(cè)結(jié)論：鏡板變形后基本呈拱形，變形量最大約0.27 mm，硬度檢測(cè)合格。

（2）檢測(cè)結(jié)果分析：鏡板變形導(dǎo)致調(diào)整受力情況存在一定的虛假性，以致盤車時(shí)推力瓦受力狀態(tài)不穩(wěn)定，盤車數(shù)據(jù)存在無規(guī)律性，再結(jié)合燒瓦的實(shí)際情況來看，分析出現(xiàn)了如圖3所示的情形。

（3）結(jié)論及導(dǎo)致鏡板變形的主要原因分析：鏡板與推力瓦面存在局部受力過大的情況。推力瓦與鏡板接觸面受力面積越小，推力瓦單位面積內(nèi)受力就越大，導(dǎo)致推力瓦所承受的軸向力不能均勻地分散至整個(gè)瓦面，從而在機(jī)組開機(jī)試運(yùn)行中，推力瓦與鏡板的接觸面在高承載壓力的狀態(tài)下受力逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致燒瓦。

據(jù)此前得出的結(jié)論，由于該機(jī)組較同類型的其他機(jī)組，所承受的軸向水推力更大，鏡板與推力瓦之間長(zhǎng)期處于一種高承載壓力狀態(tài)下，再加上此次A修過程中，鏡板拆除后處于無受力狀態(tài)下放置時(shí)間較長(zhǎng)（1個(gè)月左右），鏡板之前在高承載壓力狀態(tài)下所吸收的應(yīng)力得到釋放，從而導(dǎo)致鏡板變形。

3.2 推力瓦因素

現(xiàn)使用的巴氏合金金屬推力瓦存在承載能力差、合金熔點(diǎn)低等缺點(diǎn)，自1#機(jī)增容改造后，推力瓦設(shè)計(jì)的單位承載能力已無法滿足機(jī)組在額定水頭下推力瓦的單位最大負(fù)荷，所以出現(xiàn)了拆機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)推力瓦瓦坯脫落的情況。因此，運(yùn)行機(jī)組存在推力瓦瓦溫長(zhǎng)期偏高的缺陷，使得1#機(jī)組不得不限負(fù)荷運(yùn)行。

3.3 最終結(jié)論

綜合鏡板與推力瓦的兩大因素考慮，最終得出推力瓦燒瓦結(jié)論，如圖4所示。

圖4 推力瓦燒瓦結(jié)論圖

4 處理措施

（1）鏡板送檢加工，恢復(fù)鏡板表面的光潔度、平面度、平行度，使鏡板上、下兩平面的平行度≤0.04 mm，鏡面平面度≤0.01 mm，粗糙度Ra0.2，滿足水輪發(fā)電機(jī)鏡板工藝要求。

（2）更換鏡板與推力頭之間的絕緣墊，因檢修次數(shù)過多，絕緣墊厚度不能滿足要求，且由于盤車數(shù)據(jù)的誤導(dǎo)，砂墊情況不可靠，從而造成臺(tái)階與坡度不均勻，所以決定更換新絕緣墊。

（3）將1#機(jī)原巴氏合金推力瓦更換為耐承受壓力更大的金屬?gòu)椥运芰贤?。金屬?gòu)椥运芰贤咂骄ぷ鲏毫?.5～7.0 MPa，比傳統(tǒng)巴氏合金提高了60%～70%，摩擦系數(shù)小，且各方面綜合性能均強(qiáng)于巴氏合金[1]。一般更換塑料瓦后，可將瓦面積減少8%～20%，實(shí)踐表明，由于面積減小，在單位面積發(fā)熱量不變的條件下，總體發(fā)熱量降低，再加上塑料的導(dǎo)熱性差，導(dǎo)熱系數(shù)比巴氏合金低很多，金屬?gòu)椥运芰贤哌\(yùn)行安全可靠，在國(guó)內(nèi)水電站中得到了廣泛應(yīng)用。

（4）重新盤車調(diào)整受力。

5 采取措施后的主要數(shù)據(jù)及總結(jié)

鏡板加工及更換推力瓦后的盤車數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 鏡板加工及更換推力瓦后盤車數(shù)據(jù) 單位：×0.01 mm

數(shù)據(jù)結(jié)論：盤車數(shù)據(jù)可靠，消除了之前鏡板原因造成的X、Y方向數(shù)據(jù)不統(tǒng)一的缺陷。

總結(jié)：采取措施后，1#機(jī)經(jīng)空轉(zhuǎn)、帶負(fù)荷、甩負(fù)荷等一系列試驗(yàn)，推力瓦溫度穩(wěn)定且均勻，滿負(fù)荷72 h運(yùn)行，推力瓦溫度最高僅為32.8℃，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)正常，推力瓦燒瓦及瓦溫過高的問題得以成功解決。開機(jī)推力瓦瓦溫如表8所示。

表8 恢復(fù)鏡板平整度、更換塑料瓦前后推力瓦瓦溫對(duì)比單位：℃

6 結(jié)語(yǔ)

在此次事件的處理中，成功消除了鏡板由于應(yīng)力釋放引起的變形量，并將機(jī)組推力瓦換成塑料瓦，克服了鏡板變形導(dǎo)致的推力瓦面局部受力過大的情況，解決了推力瓦最大承載負(fù)荷過小的問題。該水電站1#機(jī)組自2020年2月A修竣工以來，運(yùn)行至今各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)正常，機(jī)組發(fā)電效率提高，為該站今后的安全生產(chǎn)做出了重大貢獻(xiàn)。