巴基斯坦某水電站發(fā)電機導(dǎo)軸承燒瓦事故分析

張成波，唐曉琳，孫蘭鳳(．中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都6007;．東方電氣股份有限公司，四川成都6006; ．四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都6007)

巴基斯坦某水電站發(fā)電機導(dǎo)軸承燒瓦事故分析

張成波1，唐曉琳2，孫蘭鳳3
(1．中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都610072;
2．東方電氣股份有限公司，四川成都610036; 3．四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都610071)

摘要:詳細描述巴基斯坦某水電站1號機組調(diào)試過程中發(fā)電機導(dǎo)軸承軸瓦燒瓦的過程，分析導(dǎo)致燒瓦事故發(fā)生的原因，最終確定技術(shù)改造方案;現(xiàn)場安裝單位根據(jù)技術(shù)改造方案立即進行技術(shù)改造，確保了機組順利調(diào)試和發(fā)電。圖5幅。

關(guān)鍵詞:水電站;發(fā)電機;導(dǎo)軸承;燒瓦;技術(shù)改造

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1　工程概況

某水電站位于巴基斯坦旁遮普省Mianwali (米揚瓦里)地區(qū)Kalabagh (卡拉巴)鎮(zhèn)下游約5 km處的(印度河) Jinnah (真納)攔河閘的右岸，利用JINNAH攔河閘形成的水位落差，開挖明渠引水，修建廠房發(fā)電，裝設(shè)8臺12 MW水輪發(fā)電機組。機組額定水頭為4.8 m，額定出力為12 MW，水輪機總重為120 t。該水電站是典型的大型豎井貫流式機組，水輪機設(shè)有水導(dǎo)瓦，發(fā)電機設(shè)上下游發(fā)導(dǎo)瓦。由于豎井貫流式機組的特點，水輪機和發(fā)電機之間采用了德國RENK公司生產(chǎn)的增速器，將水輪機的轉(zhuǎn)速提高了10倍;水輪機額定轉(zhuǎn)速為75 r/min，發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速為750 r/min，發(fā)電機體積明顯變小。水導(dǎo)軸瓦和發(fā)電機軸瓦處均設(shè)高壓油頂起裝置，轉(zhuǎn)輪公稱直徑為6.5 m，帶16片活動導(dǎo)葉。

該水電站是亞洲最大的豎井貫流式機組，豎井貫流式機組的軸線調(diào)整具有難度非常大、間隙要求高、調(diào)整時間長等特點。該水電站1號發(fā)電機導(dǎo)軸承軸瓦燒瓦前機組安裝和軸瓦調(diào)整均嚴格按照主機制造廠家的技術(shù)指導(dǎo)執(zhí)行，在現(xiàn)場安裝單位和主機制造廠家服務(wù)指導(dǎo)人員共同配合下完成。

發(fā)電機軸瓦間隙質(zhì)量驗收時，首先復(fù)查軸瓦與主軸軸頸的接觸角以及其接觸角范圍內(nèi)觸點的分布情況，應(yīng)符合圖紙及有關(guān)規(guī)范要求;且在接觸角外部，其主軸軸頸與下軸瓦間的間隙從上到下應(yīng)呈楔形分布，以利于潤滑油進入，從而確保機組旋轉(zhuǎn)時可靠地形成油膜。其次，各軸承上軸瓦與主軸軸頸頂部的間隙應(yīng)在0.35～0.557 mm范圍之內(nèi);軸承側(cè)瓦與主軸軸頸的間隙δ1=0.20 mm，其偏差不應(yīng)超過±10%，且其對稱位置處的下軸承瓦與主軸軸頸間的間隙應(yīng)與軸承側(cè)瓦間隙一致。

此外，水導(dǎo)瓦的軸瓦與主軸的間隙安裝調(diào)整也要符合圖紙和設(shè)計技術(shù)要求，組合縫錯壓應(yīng)不大于0.02 mm，允許偏差不應(yīng)大于實測平均總間隙的10%。機組軸線調(diào)整合格，高壓頂起油系統(tǒng)工作正常。

2　燒瓦過程及事故現(xiàn)象

2011年12月22日，該水電站1號機組首次手動開機沖轉(zhuǎn)時，幾分鐘后發(fā)電機導(dǎo)軸承軸瓦發(fā)生燒瓦。拆出發(fā)電機軸瓦檢查，上、下游軸瓦整個瓦面均燒傷(見圖1、圖2)，同時拆出水輪機導(dǎo)軸瓦檢查，瓦面輕度燒傷。經(jīng)過初步分析，應(yīng)該是供油不足引起。

現(xiàn)場安裝調(diào)試單位在出油口用桶接油測量，環(huán)境溫度在12℃時，重力油箱和高低壓稀油站油箱內(nèi)溫度在20℃以上(以下測油量條件相同)。因為有電動球閥和旁通兩路供油(手動開機是開的旁通閥)，在兩種情況下都測試過，發(fā)電機單軸承油量約為3～5 L/min，出油口幾乎無壓力，水導(dǎo)約為20 L/min，有壓力(不大) ;而發(fā)導(dǎo)設(shè)計值總供油量為50 L/min，水導(dǎo)供油量圖紙上不詳。

圖1　電站首次開機后發(fā)電機軸瓦燒傷

圖2　電站首次開機后水導(dǎo)瓦燒傷

現(xiàn)場項目部分析討論后，決定抬高重力油箱高度，但根據(jù)廠房實際情況，最多只能抬高8.7 m(見圖3)。為穩(wěn)妥起見，同時決定將發(fā)電機供油管路φ32改為φ42 (和水機一樣)，一直改到豎井內(nèi)發(fā)電機層高度(▽198.6 m)，再分成2路φ42管路，之后再分別變徑成φ32的管路?，F(xiàn)場在進油絕緣管進油口處用桶接油測量，發(fā)電機單軸承油量約為23 L/min，水導(dǎo)供油49 L/min?，F(xiàn)場同時決定上述方案先在1號機組上試用，問題解決后再在其他7臺機組上進行改造。

圖3　電站重力油箱抬高

發(fā)電機導(dǎo)軸承軸瓦重新研刮，機組重新調(diào)整后，2011年12月29日再次開機。運行15 min后停高壓油，運行近2 h后，因發(fā)電機軸承溫度高停機。拆出發(fā)電機軸瓦檢查，上、下游軸瓦部分瓦面研傷，但沒有上次嚴重(見圖4) ;水導(dǎo)瓦溫正常，就沒有拆開檢查。

圖4　電站再次開機后發(fā)電機軸瓦燒傷

為了進一步判斷燒瓦原因究竟是發(fā)電機裝配問題、機組安裝問題還是潤滑油問題，現(xiàn)場項目部決定全部拆裝重來。拆開熱套法蘭，研刮軸瓦，裝配發(fā)電機，機組軸線調(diào)整，但在整個過程中沒有發(fā)現(xiàn)問題。根據(jù)第二次運行近2 h，而且燒瓦也只有1/4之一瓦面的情況分析認為，雖然12月29日運行供油有所改善，但供油還是不足，因為從進油絕緣管以下管路內(nèi)孔又變小了。現(xiàn)場從絕緣管出油口測流量，發(fā)電機油流量只有14 L/min。從試驗角度，現(xiàn)場項目部采取臨時措施，用內(nèi)孔φ21的塑料管直接將變徑后φ32鋼管和軸承座上的進油鋼管(進油口處也焊接了1節(jié)φ32鋼管)連接，將軸承座進油孔、軸瓦定位銷內(nèi)孔、軸瓦進油孔擴大到φ20。這樣處理后，安裝調(diào)試單位在塑料管出油口用桶接油測量，發(fā)電機單軸承油量約28 L/min。

在這種情況下，2012年1月3日晚上第三次開機試運行，2 h后停高壓油，4 h后機組運行穩(wěn)定，做過速試驗成功。在空載運行前取掉了臨時用的塑料管，改成了φ32的鋼管，用DN25的法蘭連接至軸承座上蓋(軸承座上蓋上焊接了1根φ32的鋼管)，法蘭用絕緣材料做絕緣處理。改動后做空載、負載試驗，軸承溫度在冷卻器沒有投入的情況下最高54℃，運行穩(wěn)定。

3　結(jié)語

該電站1號機組通過上述方案改動，機組順利并網(wǎng)發(fā)電，穩(wěn)定運行。這次現(xiàn)場實際方案的改動，主機廠家現(xiàn)場服務(wù)人員和國內(nèi)有關(guān)部門積極配合，安裝調(diào)試單位加班加點，不到10 d時間里完成方案改造，使得機組并網(wǎng)發(fā)電目標(biāo)工期未擴大延誤。隨后，現(xiàn)場項目部又按照1號機組的改造方案，對其他7臺機組進行了相應(yīng)的改造。

造成該水電站1號發(fā)電機導(dǎo)軸承軸瓦燒瓦事故的直接原因是:重力油箱高度不夠，導(dǎo)致從重力油箱供給水導(dǎo)和發(fā)導(dǎo)軸承供油的管路軸承潤滑油供油嚴重不足。此外，設(shè)計院將重力油箱布置在廠房的下游側(cè)，也客觀增加了發(fā)電機潤滑油管路的長度。

最后，總結(jié)巴基斯坦該水電站軸承潤滑油管路和重力油箱改動具體方案如下所示(見圖5)。

圖5　軸承潤滑油系統(tǒng)改進方案示意

3.1重力油箱的高層抬高

重力油箱整體抬高高程從原來的17 m抬高至25.7 m。由設(shè)計院修改圖紙，現(xiàn)場安裝單位進行全部8臺機組的重力油箱抬高高程改造，鋼管等改造材料現(xiàn)場解決。

3.2發(fā)電機進油管路的加大

將發(fā)電機進油管路是φ32的改成φ42，直至發(fā)動機層(198.6 m)處，再分成2路φ42，φ42/ φ32變徑后用Dg25不銹鋼節(jié)流閥，在此管路中裝自動化元件，用DN25法蘭出口變徑φ32/φ26。法蘭用絕緣管和絕緣板做絕緣處理，與軸承座進油管連接，將軸承座進油孔、軸瓦定位銷內(nèi)孔、軸瓦進油孔擴大到φ20。軸承座上的G1/2″管螺紋改成G3/4″管螺紋。

3.3整個潤滑油系統(tǒng)布置的改進

主機制造廠家設(shè)計最終對整個潤滑油系統(tǒng)的布置進行了改進，修改為統(tǒng)一布置，全部按有旁通設(shè)計，統(tǒng)一用3個不銹鋼球閥和1個電動閥。

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責(zé)任編輯吳昊

作者簡介:張成波(1980－)，男，工程師，主要從事水電站國際項目機電管理工作。

收稿日期:2015－10－26