水輪機運行中的故障分析及處理措施

趙文林

摘要：水輪發(fā)電機組是水電站的發(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)電機組中，水輪機的正常與否，決定著整個機組能否正常運行。因此，相關(guān)單位必須重視水輪機的故障分析，并采取必要的措施，進(jìn)而保證水電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟地運行。

關(guān)鍵詞：水輪機;運行故障;處理措施

引言：

當(dāng)前，水力發(fā)電站基本實現(xiàn)無人化運行，以遠(yuǎn)方控制、自動化運行為主，因此設(shè)備的日常保養(yǎng)與維修工作，過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，從長遠(yuǎn)的安全運行角度來看，不能從根本確保設(shè)備的零故障運行，仍存在一些問題有待改善。

1 水輪機運行過程中的常見故障

1.1 關(guān)于水導(dǎo)瓦溫度過高產(chǎn)生的故障

為確保機組可以在同一軸線轉(zhuǎn)動，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。如果機組在實際轉(zhuǎn)動過程中，由于摩擦生熱便會導(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)致水輪機組出現(xiàn)與軸線偏離旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，進(jìn)而造成振動問題。水導(dǎo)瓦出現(xiàn)過高溫度的主要原因在于：其一，機油變質(zhì)。軸承內(nèi)部潤滑油由于使用時間相對較長，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)重影響潤滑性能。尤其是一旦軸承之中出現(xiàn)大量水，極易造成潤滑或者冷卻的介質(zhì)發(fā)生一定的改變;其二，潤滑油不斷減少。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嚴(yán)重影響冷卻器的過流量。致使冷卻器無法正常發(fā)揮作用，導(dǎo)致軸承油溫迅速上升。

1.2 出現(xiàn)機組過速故障問題

一旦機組轉(zhuǎn)速高于銘牌上標(biāo)記出來的轉(zhuǎn)速，將會出現(xiàn)過速故障;一旦機組轉(zhuǎn)速高速某個定值，一般情況下如果超過規(guī)定轉(zhuǎn)速的1.5倍以上，將致使機組轉(zhuǎn)動部分產(chǎn)生的離心力逐漸增加，導(dǎo)致機組振動與擺動幅度持續(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組轉(zhuǎn)速過大的現(xiàn)象發(fā)生。機組發(fā)生過速現(xiàn)象后果較為嚴(yán)重，究其原因在于：其一，當(dāng)機組運行正常并帶有負(fù)荷時，因各種因素影響致使甩掉負(fù)荷，這時一旦導(dǎo)葉難以關(guān)閉或者關(guān)閉較慢，機組轉(zhuǎn)速將直線升高至額定轉(zhuǎn)速的1.2倍一1.5倍;其二，機組在正常運行開機或者關(guān)機的進(jìn)程中，一旦出現(xiàn)調(diào)速器難以控制現(xiàn)象，將直接致使機組轉(zhuǎn)速顯著上升導(dǎo)致過速現(xiàn)象發(fā)生。

1.3 關(guān)于轉(zhuǎn)輪運行出現(xiàn)的故障

轉(zhuǎn)輪作為水輪機中較為關(guān)鍵性的部件，在水輪機實際運行過程中較易出現(xiàn)故障。在一系列研究分析后發(fā)現(xiàn)。當(dāng)前轉(zhuǎn)輪在實際運行中通常出現(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)流程都會對轉(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，表面光滑度越強，則抗腐蝕性能相對較為良好。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機構(gòu)與水輪機導(dǎo)水葉進(jìn)行連接，是水輪機導(dǎo)水葉一個較為關(guān)鍵性的保護(hù)裝置。通常情況下，導(dǎo)水葉在實際運行的進(jìn)程中，剪斷銷牽動著導(dǎo)水葉轉(zhuǎn)動的力度相對較大，一旦剪力高出正常操作力時，剪斷銷將被直接剪斷，導(dǎo)致導(dǎo)水葉難以受到合理控制，并致使事故被擴大。一旦出現(xiàn)剪斷銷被剪斷的現(xiàn)象，水輪機水流將難以均勻存在，進(jìn)而致使機組出現(xiàn)振動的現(xiàn)象，如果這時候關(guān)機將難以將水流全部關(guān)閉導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)動難以停止。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)水葉將難以正常運動，拐臂由于調(diào)速環(huán)轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，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 水輪機運行故障的處理措施

2.1 水導(dǎo)瓦溫度過高的處理方法

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，相關(guān)的測溫設(shè)備會給出提示，數(shù)值會發(fā)生波動，如果數(shù)值波動趨勢不大，但卻保持上升趨勢，如果機組還保持正常的工作狀態(tài)，維修人員就要在其運行狀態(tài)下首先檢查測溫設(shè)備是否出現(xiàn)故障，如果檢查結(jié)果正常，就要對冷卻器進(jìn)行故障檢查，還要對潤滑油的數(shù)量以及質(zhì)量進(jìn)行檢驗，看這兩者是否滿足運行條件。其二，測溫設(shè)備的數(shù)值出現(xiàn)大趨勢波動，并且機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)，并對引起水導(dǎo)瓦發(fā)熱的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，對相關(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 機組過速的處理方法

機組轉(zhuǎn)速在飆升且超過額定轉(zhuǎn)速并不斷增大時，維修人員要先觀察機組過速是因為負(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。如果是因為前者，要先查看在機組過速運行中，導(dǎo)葉等保護(hù)裝置是否啟動運行著，然后就可以對機組檢修狀態(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，為了減少機組磨損，就要使其處于休息狀態(tài)，如果關(guān)閉機組開關(guān)已經(jīng)來不及，可以對水輪機機組進(jìn)水口閘門進(jìn)行關(guān)閉操作。

2.3 處理水輪機轉(zhuǎn)輪故障的措施

主要針對空蝕這一故障，無論是哪種方法，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。長期運行的轉(zhuǎn)輪表面會多多少少出現(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)，性能彌補強化，就是對其預(yù)熱電焊，預(yù)熱溫度要控制在一定范圍內(nèi)。

2.4 優(yōu)化水輪機組運行環(huán)境

水輪機的空化和空蝕與其運行條件有著密切的關(guān)系，而人們在做翼型設(shè)計時，只能保證在設(shè)計工況附近不發(fā)生嚴(yán)重空化，在這種情況下，一般而言，不會發(fā)生嚴(yán)重的空蝕現(xiàn)象。但在偏離設(shè)計工況較多時，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行方式，盡量保持機組在最優(yōu)工況區(qū)運行，以避免發(fā)生空化和空蝕。對于空化嚴(yán)重的運行工況區(qū)域應(yīng)盡量避開，以保證水輪機的穩(wěn)定運行。在非設(shè)計工況下運行時，可采用在轉(zhuǎn)輪下部補氣的方法加以優(yōu)化，對破壞空腔空化空蝕，減輕空化空蝕振動有一定作用。補氣可采用自然補氣和強制補氣等方法。

結(jié)束語：

綜上所述，在水電站運行過程中，水輪機運行故障無法避免，所以，在選用水輪機設(shè)備時，應(yīng)充分考慮抗磨損問題，在詳細(xì)分析電站運行實況的基礎(chǔ)上，選用最佳的機型，并且真正落實高質(zhì)量運行檢修工作，從源頭消除隱患，確保水輪機的持續(xù)穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

[1]卜陽.水輪機運行中的故障處理分析[J].科技視界.2017（11）

[2]區(qū)茂信.水輪發(fā)電機檢修系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].現(xiàn)代信息科技.2017（02）

[3]梁曉東.大型水輪發(fā)電機組運行穩(wěn)定性研究[J].機電信息.2016（33）