燈泡貫流式水輪機故障分析處理

冼桂昌

摘 要：燈泡貫流式水輪機是水利基礎設施的重要組成部分，其運行質(zhì)量直接影響著水輪機組整體功能的發(fā)揮。筆者結(jié)合多年的實踐經(jīng)驗，介紹了燈泡貫流式水輪機存在的一些故障，重點探討了這些故障產(chǎn)生的原因，并提出有效的處理方法，以供實踐參考。

關鍵詞：燈泡；貫流式；水輪機；故障；水利

中圖分類號：TK733+.8 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0057-02

隨著我國社會經(jīng)濟建設步伐的不斷加快，國家對城鎮(zhèn)基礎設施建設的投資力度不斷增加，特別是發(fā)電站的投資建設。燈泡貫流式水輪機是水電廠的重要設備之一，擔負著將水流能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的任務，且具有運行效率高、適用水頭低、過機流量大和投資成本少等優(yōu)點，可以有效提高水電廠的整體運行效率，對確保城鎮(zhèn)經(jīng)濟活動的用電和發(fā)展有著重要意義。

但部分水輪機在運行中容易出現(xiàn)一些故障，主要包括定子鐵心位移、轉(zhuǎn)子掃膛裂縫和定子絕緣損害等質(zhì)量問題，嚴重影響到水輪機組日常運行的安全性和可靠性，甚至造成不可挽回的損失。因此，水利人員必須重視貫流式水輪機故障的處理工作，最大限度地減少因故障引起的損失。

1 燈泡貫流式發(fā)電機的優(yōu)缺點

燈泡貫流式水輪發(fā)電機具有廠房結(jié)構(gòu)緊湊、工作水頭低、投資成本少、水輪機效率高和工期短等優(yōu)點。為了改善水流條件、提高機組效率，燈泡貫流式水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)速較低，定子直徑和轉(zhuǎn)子磁極空間都比較小，定子鐵心相對較長。這些結(jié)構(gòu)上的特點，使此類發(fā)電機機組存在以下先天性的缺點：①散熱條件較差，造成運行溫度偏高；②轉(zhuǎn)動慣量較小，使系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性降低；③轉(zhuǎn)子的過度擺動，使阻尼條感應較大的電流和承受較大的機械力，造成阻尼條過熱或斷裂；④與一般水輪發(fā)電機相比，其氣隙較小，容易產(chǎn)生較大的單邊磁拉力，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子掃膛故障；⑤由于轉(zhuǎn)子磁極空間小，勵磁安匝數(shù)受到限制，調(diào)相運行比較困難。

2 燈泡貫流式發(fā)電機常見故障

燈泡貫流式發(fā)電機常見故障主要有定子鐵心位移或松動、轉(zhuǎn)子掃膛及中心體裂紋、定子絕緣損壞和運行溫度過高等。

其中，定子鐵心位移或松動是燈泡貫流式水輪發(fā)電機常見且較為嚴重的故障，各生產(chǎn)廠家的電機在鐵心松動的部位和形式上都有所不同。例如某水電廠發(fā)電機定子鐵心普遍存在壓指變形、壓指下鐵心疊片松動的現(xiàn)象，鐵心分瓣組合縫處的疊片外緣側(cè)出現(xiàn)波浪狀變形；另一電廠發(fā)電機則發(fā)生定子鐵心段內(nèi)硅鋼片膨脹變形，向轉(zhuǎn)子側(cè)位移割傷定子線圈絕緣，而且出現(xiàn)硅鋼片斷裂的情況。定子鐵心位移或松動的后果是切割或磨損線棒絕緣，使其在運行或試驗中被擊穿，導致運行中電機的電磁噪聲過大。

定子絕緣損壞是由于燈泡貫流式發(fā)電機組結(jié)構(gòu)上的弱點造成的，定子線圈絕緣的損壞現(xiàn)象明顯比普通水輪發(fā)電機偏高，特別是近幾年投運的機組，定子絕緣事故比較頻繁。

3 故障原因分析

3.1 定子鐵心松動原因

3.1.1 運行溫度過高

發(fā)電機在設計時，要考慮運行中的溫度影響，應對鐵心的熱脹冷縮所產(chǎn)生的影響采取不同的防范措施。如果運行溫度過高，定子鐵心的變形超出了允許的范圍，就會造成翹曲變形。

3.1.2 鐵心壓指剛度不足

定子鐵心齒部的壓緊主要是依靠端部壓指來實現(xiàn)的。如果壓指剛度不足，當溫度上升時，鐵心膨脹會將壓指頂彎，并產(chǎn)生永久變形，造成齒部壓力不足而松動。

3.1.3 鐵心的疊壓工藝不滿足要求

為了防止定子鐵心松動，生產(chǎn)廠家采取了各種不同的硅鋼片疊壓技術或工藝。例如，在定子鐵心端部沖片的片間刷膠，并采用熱壓技術，使端部一段或數(shù)段鐵心黏結(jié)成一體，提高抗變能力。

3.1.4 片間絕緣收縮造成松動

片間絕緣在長期運行后，由于其中的化學成分揮發(fā)而收縮，如果不及時調(diào)整（拉緊）螺桿的扭矩，就會造成疊片松動。但大多數(shù)貫流式發(fā)電機由于定子線圈端部的阻擋，無法檢查和調(diào)整螺桿的扭矩。

3.2 轉(zhuǎn)子掃膛及中心體產(chǎn)生裂紋的原因

轉(zhuǎn)子掃膛產(chǎn)生裂紋的主要原因是定子鐵心定位筋開焊，甚至脫落。除了焊接質(zhì)量不良外，轉(zhuǎn)子偏心所產(chǎn)生的單邊磁拉力過大也是導致定位筋開裂的誘因。中心體產(chǎn)生裂紋主要是由結(jié)構(gòu)設計不合理、局部應力過高導致的。

3.3 定子絕緣損壞的原因

定子絕緣損壞的原因主要有：①制造質(zhì)量不良；②異物或零件脫落碰傷線圈；③定子鐵心松動；④定子線棒松動；⑤接頭過熱燒壞絕緣。

3.4 運行溫度過高的原因

除了與結(jié)構(gòu)設計有關以外，運行中軸承甩油導致炭粉或灰塵進入定子膛內(nèi)，黏結(jié)后堵塞在通風道，也是造成運行溫度偏高的原因。

4 處理措施

燈泡貫流式水輪發(fā)電機的故障原因有很多，有設計、制造的問題，也有安裝和檢修時存在的質(zhì)量問題，還有運行和維護不到位的問題。以下提出幾點防范措施，僅供參考。

4.1 總體要求

在總體上，要求做到以下幾點：①制造廠家針對已暴露的問題，調(diào)整設計方案，改進生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量；②運行監(jiān)視要工作落實到位，對機組的振動、擺度、溫度、聲音和電氣數(shù)據(jù)等應嚴格監(jiān)視和記錄，及時發(fā)現(xiàn)機組的異常情況；③定期檢查將工作落實到位，轉(zhuǎn)子磁軛、磁極、定子鐵心、線棒的固定構(gòu)件是檢查的重點，通過檢查發(fā)現(xiàn)這些部件隱患的早期征兆，及時進行處理，防止形成重大設備事故；④完成應做的試驗項目，嚴格依據(jù)標準控制檢修質(zhì)量。

4.2 防止轉(zhuǎn)子掃膛和中心體開裂

為了防止轉(zhuǎn)子掃膛和中心體開裂，需注意以下幾點：①安裝或檢修時，必須保證轉(zhuǎn)子的偏心度符合廠家要求，防止出現(xiàn)過大的單邊磁拉力；②定期檢查磁軛鍵和磁極鍵，不應出現(xiàn)位移和松動；③定期檢查定子鐵心燕尾筋、托塊的固定情況，防止焊縫出現(xiàn)裂紋或脫焊；④檢查中心體時，如果發(fā)現(xiàn)裂紋應及時補焊，局部應力過高時，應考慮增加強度；⑤運行中，應加強對機組振動、擺度的監(jiān)視，不得超過允許值。

4.3 防止鐵心松動

防止鐵心松動必須做到以下幾點：①定期檢查定子鐵心端部疊片是否位移，鐵心表面是否存在黃色的鐵銹粉，齒部是否有松動、變形、變色、斷裂的跡象；②檢查齒壓板的壓指是否存在變形或松動，壓指和鐵心端片之間是否存在空隙；③運行中，注意監(jiān)視機組的振動和噪聲情況，一旦出現(xiàn)異常情況必須查明原因；④一旦出現(xiàn)鐵心松動的問題，必須及時進行處理，防止松動的問題嚴重化。

4.4 防止定子、轉(zhuǎn)子絕緣擊穿

防止定子、轉(zhuǎn)子絕緣擊穿，應從以下幾方面著手：①認真檢查和清除定子、轉(zhuǎn)子中的遺留物，例如工具、鉆頭、鋸片、電焊條和焊渣等，防止這些物件破壞定子或轉(zhuǎn)子絕緣；②定期清掃轉(zhuǎn)子滑環(huán)碳粉，清洗定子的油污和油泥，防止通風溝堵塞；③機組停機備用時，應采取措施（比如加熱、通風等），防止發(fā)電機主絕緣受潮；④確保機組的防護網(wǎng)完好，能有效防止異物進入發(fā)電機膛內(nèi)；⑤及時處理定子鐵心松動和線棒松動的問題。

5 結(jié)束語

綜上所述，燈泡貫流式水輪機組存在的問題越來越突出，對水電廠整體運行質(zhì)量的影響也越來越大。因此，水利工作者應該重視燈泡貫流式水輪機組故障的處理工作，并結(jié)合水電廠的實際情況，深入分析水輪機組故障產(chǎn)生的原因，同時制訂出一系列切實有效的處理措施，盡可能避免水利機組故障的產(chǎn)生，從而確保機組的安全可靠運行。

參考文獻

[1]李衛(wèi)章.燈泡貫流臥式機組水輪機轉(zhuǎn)輪特殊故障處理[J].中國機械，2013（07）.

〔編輯：李玨〕