甘肅迭部縣花園水電站1號機(jī)組首次并網(wǎng)時水導(dǎo)軸瓦拉瓦事故分析及處理方法

羅云強(qiáng)　江金照　馬學(xué)新

(水利部長江水利委員會陸水樞紐工程局，湖北 赤壁　437302)

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甘肅迭部縣花園水電站1號機(jī)組首次并網(wǎng)時水導(dǎo)軸瓦拉瓦事故分析及處理方法

羅云強(qiáng)江金照馬學(xué)新

(水利部長江水利委員會陸水樞紐工程局，湖北 赤壁437302)

【摘要】在甘肅迭部花園水電站1號水輪發(fā)電機(jī)組首次并網(wǎng)機(jī)組帶負(fù)荷試驗(yàn)時，水導(dǎo)瓦溫過高保護(hù)動作，機(jī)組事故停機(jī)。本文通過事故的表現(xiàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)的方法，分析了事故的原因及采取的應(yīng)對措施。通過這一具體事例，充分說明水電站基礎(chǔ)埋件二期混凝土的澆筑密實(shí)的重要性。

【關(guān)鍵詞】花園電站；水導(dǎo)瓦；定子基礎(chǔ)

Accident analysis and treatment methods of water guide bearing pad

1概述

花園水電站工程位于甘肅省迭部縣旺藏鄉(xiāng)東益高村附近，距迭部縣城約75km。電站以北經(jīng)臘子口、岷縣、臨洮至蘭州約390km, 電站額定水頭59m，設(shè)

計(jì)引水流量118.5m3/s，電站總裝機(jī)容量3×20MW。電站機(jī)電設(shè)備安裝單位為水利部長江水利委員會陸水樞紐工程局。

水輪發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)見表1。

表1　水輪發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)

2011年8月開始進(jìn)行電站機(jī)電設(shè)備安裝，電站首臺機(jī)組——1號水輪發(fā)電機(jī)組于2013年1月23日開始機(jī)組啟動試運(yùn)行。至2013年1月31日，完成了水輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)前的相關(guān)試驗(yàn)，機(jī)組試運(yùn)行過程中運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求。

2事故過程

從2013年2月2日0時開始，根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)度命令，開始進(jìn)行1號水輪發(fā)電機(jī)組首次并網(wǎng)試運(yùn)行。2013年2月2日00:25:37機(jī)組并網(wǎng)成功，接著在上位機(jī)進(jìn)行機(jī)組增減負(fù)荷試驗(yàn)時，機(jī)組突然緊急停機(jī)，電磁閥動作，機(jī)組甩負(fù)荷，事故停機(jī)，同時水機(jī)室觀察人員發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)油盆下有大量煙霧冒出。機(jī)組停機(jī)完成后，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)查詢事故過程，在00:33:19機(jī)組水導(dǎo)瓦溫過高動作，機(jī)組負(fù)荷為6300kW，水導(dǎo)瓦溫事故前上升速率為12℃/min，最高瓦溫72.5℃(水導(dǎo)瓦溫度儀報(bào)警溫度設(shè)定為65℃，事故停機(jī)溫度設(shè)定為70℃)。機(jī)組停機(jī)程序結(jié)束蝶閥關(guān)閉，各相關(guān)安全措施完成后，對水導(dǎo)軸承進(jìn)行撤裝分解，撤開后發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)瓦面嚴(yán)重拉傷，導(dǎo)油槽被巴氏合金填平。

3事故分析

水導(dǎo)瓦為分兩瓣的筒式瓦，檢查安裝記錄，上導(dǎo)瓦、下導(dǎo)瓦和水導(dǎo)瓦的雙面總間隙調(diào)整為：上導(dǎo)瓦0.38mm，下導(dǎo)瓦0.38mm，水導(dǎo)瓦0.40mm。

事故前試運(yùn)行過程中各部位瓦溫?cái)?shù)據(jù)為：上導(dǎo)瓦為38.5℃,下導(dǎo)為39.8℃,水導(dǎo)44.7℃。

事故過程中各最高瓦溫?cái)?shù)據(jù)為：上導(dǎo)瓦38.8℃，下導(dǎo)瓦40.3℃，水導(dǎo)瓦72.5℃。

一般而言，立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組在機(jī)組空轉(zhuǎn)和空載各項(xiàng)啟動試驗(yàn)完成合格的情況下，機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷，隨著導(dǎo)葉開度的增加，機(jī)組有功負(fù)荷增加，而隨著相應(yīng)進(jìn)水量的增加，轉(zhuǎn)輪的軸向水推力相應(yīng)增加。在機(jī)組所帶的負(fù)荷變化運(yùn)行過程中，水導(dǎo)瓦的瓦溫會在一定范圍內(nèi)有所變化，但一般不會發(fā)生在機(jī)組帶負(fù)荷后水導(dǎo)瓦短時間拉瓦現(xiàn)象，造成此種現(xiàn)象的原因應(yīng)該是有其他外力作用改變了水機(jī)大軸軸頸與水導(dǎo)瓦之間的間隙?；▓@水電站機(jī)組的轉(zhuǎn)動部分受力是通過推力軸承座傳導(dǎo)到機(jī)組上機(jī)架牛腿，最后通過定子外殼傳導(dǎo)到機(jī)組發(fā)電機(jī)定子基礎(chǔ)板上的(見圖1)。

該發(fā)電機(jī)定子基礎(chǔ)板共有8塊，對其進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，定子基礎(chǔ)板下面的二期混凝土澆灌不密實(shí)，特別是+X、+Y方向的4塊基礎(chǔ)板下均有脫空現(xiàn)象，能夠明顯看到基礎(chǔ)板與混凝土之間的間隙，此部位受力僅靠基礎(chǔ)板安裝調(diào)整加固支撐鋼筋承受。經(jīng)分析認(rèn)為，在機(jī)組軸向水推力發(fā)生變化時，由于定子基礎(chǔ)板的不均勻沉降，引起機(jī)組軸線發(fā)生傾斜，又由于水導(dǎo)瓦為筒式結(jié)構(gòu)，瓦架整體固定在頂蓋上，隨著軸向水推力的增加，基礎(chǔ)不均勻沉降加劇，軸線傾斜值也隨之加大，當(dāng)水導(dǎo)軸頸傾斜超過一定角度時，軸領(lǐng)與瓦面的間隙縮小到設(shè)計(jì)范圍之外，甚至完全沒有間隙，兩者直接摩擦產(chǎn)生高溫，造成水導(dǎo)瓦面的巴氏合金拉傷(見圖2)。

圖1　花園電站水輪發(fā)電機(jī)組簡圖

圖2　機(jī)組水導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)簡圖

4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證以上分析的準(zhǔn)確性，清理完水導(dǎo)瓦面的拉傷面，水導(dǎo)部分回裝完成后，機(jī)組重新啟動。并在運(yùn)行過程中對定子基礎(chǔ)的不均勻沉降情況進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測：在機(jī)組的上機(jī)架4個牛腿上架設(shè)百分表，并將4塊百分表的讀數(shù)調(diào)0(見圖3)。

2013年2月2日14時，機(jī)組開機(jī)，在機(jī)組空轉(zhuǎn)50Hz穩(wěn)定運(yùn)行時，讀取4塊百分表的讀數(shù)為：+X方向-0.2mm，+Y方向-0.245m，-X方向-0.15mm，-Y方向-0.11mm。

圖3　機(jī)組上機(jī)架裝設(shè)百分表示意圖

從讀數(shù)可以明顯看出，+Y方向比-Y方向多下降了13.5道，即0.135mm,相當(dāng)于上機(jī)架Y方向有0.03mm/m的傾斜量，反映到水機(jī)軸頸的傾斜量就有0.24mm,已經(jīng)與機(jī)組水導(dǎo)瓦的單邊最大間隙相當(dāng)(見圖4)。

由于水導(dǎo)瓦拉瓦后，瓦面經(jīng)過重新修復(fù)處理，水導(dǎo)總間隙較事故前偏大，水導(dǎo)瓦溫明顯降低。

圖4　水輪發(fā)電機(jī)組傾斜示意圖

事故后機(jī)組空轉(zhuǎn)試運(yùn)行過程中各最高穩(wěn)定瓦溫?cái)?shù)據(jù)為：上導(dǎo)瓦38.2℃，下導(dǎo)瓦39.3℃，水導(dǎo)瓦34.5℃。

機(jī)組在線震動擺度測量裝置在1min時間段讀取的水機(jī)大軸擺度數(shù)據(jù)見表2。

表2　處理前1min時間內(nèi)水機(jī)大軸擺度數(shù)據(jù)

通過震動擺度測量裝置的實(shí)際測量數(shù)據(jù)也能看出機(jī)組Y方向水機(jī)大軸的較大。機(jī)組定子基礎(chǔ)必須經(jīng)過加固處理后才能并網(wǎng)發(fā)電。

5處理方法及結(jié)果

通過上述試驗(yàn)結(jié)果，電站啟動驗(yàn)收委員會當(dāng)場決定對發(fā)電機(jī)定子基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，考慮到首臺機(jī)組的發(fā)電效益，決定在4個牛腿的定子外殼適當(dāng)高度上加焊8組16塊長寬各100mm、厚20mm的加強(qiáng)筋板，然后用8個20t的螺旋千斤頂作用于筋板和定子下部混凝土地面(見圖5)。

在加固的牛腿上架設(shè)垂直方向百分表，然后頂起螺旋千斤頂，在百分表的讀數(shù)為+5時，將螺旋千斤頂與加強(qiáng)筋板焊成一個整體，保證各千斤頂受力均衡。

圖5　定子外殼加固示意圖

2013年2月3日15時，加固完成后機(jī)組開機(jī)，以同樣的測量方法在機(jī)組空轉(zhuǎn)50Hz穩(wěn)定運(yùn)行時測得的機(jī)組牛腿的下沉量為：+X方向-0.2mm，+Y方向-0.2mm，-X方向-0.15mm,-Y方向-0.16mm。

加固后機(jī)組空轉(zhuǎn)試運(yùn)行過程中各最高穩(wěn)定瓦溫?cái)?shù)據(jù)為：上導(dǎo)瓦38.1℃，下導(dǎo)瓦39.0℃，水導(dǎo)瓦29.0℃。

同時機(jī)組在線震動擺度測量裝置在1min時間段讀取的水機(jī)大軸擺度數(shù)據(jù)見表3。

表3　處理后1min時間內(nèi)水機(jī)大軸擺度數(shù)據(jù)

與加固前的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)比較，機(jī)組運(yùn)行工況大為改觀。晚上9時，機(jī)組開始并網(wǎng)甩負(fù)荷試驗(yàn)，在機(jī)組帶額定滿負(fù)荷20000kW時，機(jī)組牛腿的下沉量為：+X方向-0.4mm，+Y方向-0.4mm，-X方向-0.345mm，-Y方向-0.35mm。

加固后機(jī)組空轉(zhuǎn)試運(yùn)行過程中各最高穩(wěn)定瓦溫?cái)?shù)據(jù)為：上導(dǎo)瓦37.1℃，下導(dǎo)瓦38.2℃，水導(dǎo)瓦29.4℃。

同時機(jī)組在線震動擺度測量裝置在1分鐘時間段讀取的水機(jī)大軸擺度數(shù)據(jù)見表4。機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

表4　甩負(fù)荷試驗(yàn)時1min時間內(nèi)水機(jī)大軸擺度數(shù)據(jù)

2014年3月的枯水檢修期，對機(jī)組定子基礎(chǔ)板進(jìn)行了混凝土重新灌注，同時在定子下方8塊基礎(chǔ)板間增加了8塊基礎(chǔ)板，通過楔子板調(diào)整各受力點(diǎn)，撤除原加固的千斤頂和筋板。處理后機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

6結(jié)語

通過這一具體事例，充分認(rèn)識到水電站基礎(chǔ)埋件二期混凝土的澆筑密實(shí)的重要性，在花園電站的2號和3號機(jī)組的二期混凝土的澆筑中，保證了混凝土的澆筑質(zhì)量，機(jī)組啟動試運(yùn)行均一次成功。

pulling during first grid connected in Gansu Diebu County

Huayuan Hydropower Station No.1 Unit

LUO Yunqiang, JIANG Jinzhao, MA Xuexin

(MinistryofWaterResourcesYangtzeRiverWaterResourcesCommissionLushuiEngineeringBureau,

Chibi437302,China)

Abstract:Temperature of water guide bearing pad is too high, thereby leading to protection action during the first grid connected unit load test of Gansu Diebu Huayuan Hydropower Station No.1 Unit. In the paper, accident causes and adopted countermeasures are analyzed through accident performance and field test method. It fully shows the importance of hydropower station foundation embedded part stage II concrete pouring compaction through this concrete example.

Key words:Huayuan Hydropower Station; water guide bearing pad; stator foundation

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.11.015

中圖分類號：TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-8241(2015)11-0047-04