燈泡貫流式水輪發(fā)電機組常見故障分析及處理

付雪輝

（國家電投集團廣西長洲水電開發(fā)有限公司，廣西 梧州 543002）

國家電投集團廣西長洲水電站位于廣西梧州市上游12km的潯江干流上，電站橫跨三江兩島。從右到左的建筑物是內(nèi)江廠房開關(guān)站、內(nèi)江發(fā)電廠房（6臺機）、內(nèi)江泄水閘（12孔）、長洲島、中江泄水閘（15孔）、泗化洲島、外江廠房開關(guān)站、魚道、外江發(fā)電廠房（9臺機）、外江泄水閘（16孔）、1號船閘、沖沙閘、2號船閘、外江右岸土壩。壩頂高程34.6m、壩長3521m，庫區(qū)上游多年平均流量6120m3/s，電站安裝15臺單機容量42MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為630MW，年設(shè)計發(fā)電量30億kWh，是一座以發(fā)電為主，兼顧航運、灌溉等綜合效益的大型水利樞紐。

長洲水電站自投產(chǎn)以來，基本保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，但期間也出現(xiàn)過設(shè)備異常現(xiàn)象，經(jīng)過分析處理，消除了設(shè)備的安全隱患。本文就近年來運行過程中設(shè)備出現(xiàn)的問題，簡述所采取的處理方法及防范措施。

1 機組運行過程常見故障分析及處理

1.1 機組出口電纜溫度偏高

1.1.1 原因分析

燈泡貫流式機組由于空間結(jié)構(gòu)比較狹窄，發(fā)電機出口到出口斷路器之間采用電纜連接，長洲發(fā)電機定子出線每相采用4根交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜連接，電纜從定子出線端沿電纜橋架呈品字形均勻排布。發(fā)電機在運行中，電纜通過一定負載電流時產(chǎn)生發(fā)熱的現(xiàn)象。由于絕緣性能不好，造成絕緣電阻較小、電纜過載、電纜通風散熱效果不理想，影響了電纜的正常散熱，有可能造成機組出線電纜過熱。

1.1.2 處理措施

1.1.2.1 出線電纜橋架增加散熱風機

在機組定子出線電纜橋架層下游側(cè)增加通風機，原8.75m電纜橋架層每臺機組下游側(cè)均安裝一臺通風機。為增加通風能力，在每臺機組下游側(cè)再各增加一臺通風機，并將其控制回路接入原風機控制柜，分為I組風機、II組風機，運行人員可根據(jù)環(huán)境溫度變化，選擇一組投入或者I、II組同時投入，保證環(huán)境溫度在正常范圍，從而保證電纜的正常散熱。另外，在電纜溫度偏高的幾個點，比如電纜的轉(zhuǎn)角處增加臨時通風機，降低電纜溫度。

1.1.2.2 增加出線電纜，減少單根電纜的載流

將發(fā)電機出線電纜每相由4根電纜增加為5根電纜進行分流，從而降低電纜的發(fā)熱量及溫度。

1.1.2.3 采用分散固定，提高單根電纜散熱面積

對DTS-2000分布式光纖測溫系統(tǒng)顯示的幾個局部溫度偏高的電纜進行分散排列布置，制作一個固定夾具，將機組定子出線電纜進行分開布置，每根電纜之間留有一定的縫隙，提高通風能力，從而使每根電纜散熱面積增大，有效的降低了電纜運行溫度。

1.1.3 加強運行監(jiān)視

安裝光纖感溫報警探測系統(tǒng)，實現(xiàn)對機組出線電纜溫度實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)電纜溫度偏高部位，及時調(diào)整通風風機運行方式，確保機組出口電纜溫度正常。

1.2 機組勵磁碳刷卡簧斷裂

1.2.1 原因分析

機組運行過程中，勵磁碳刷卡簧斷裂是比較常見的故障，常見原因有：

1.2.1.1 長期多種原因引起個別碳刷彈簧壓力發(fā)生變化，接觸電阻發(fā)生增大，產(chǎn)生過熱，引起材料性能發(fā)生變化，從而引起卡簧斷裂；

1.2.1.2 勵磁滑環(huán)表面不光滑，存在凹槽，使得碳刷在運行中受阻，刷握產(chǎn)生振動引起材料疲勞，從而引起卡簧斷裂；

1.2.1.3 由于碳刷本身質(zhì)量問題，在運行過程中其磨損程度不一樣，碳刷卡簧壓力也不一樣，從而使得電流分配也存在一定的差異，碳刷電流分配的不平衡，使得部分碳刷溫度高，加速碳刷磨損速度，造成碳刷跳動，從而引起卡簧斷裂；

1.2.1.4 正極滑環(huán)、負極滑環(huán)兩側(cè)涂封固定材料老化松動，負極滑環(huán)傾斜明顯，與假軸的同心軸發(fā)生偏移，導致碳刷卡簧在運行過程中承受交變軸向力，是勵磁卡簧頻繁斷裂的主要原因。

1.2.2 處理措施

加強巡視檢查，及時更換磨損較多的碳刷，確保各碳刷接觸壓力均勻，各碳刷電流分配均勻。

針對正極滑環(huán)、負極滑環(huán)不同心引起的交變軸向力，主要采取了以下處理方式。

1.2.2.1 勵磁正負極滑環(huán)位置調(diào)整。檢查機組勵磁正負極滑環(huán)的位置是否符合要求，如出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象及時調(diào)整勵磁滑環(huán)上環(huán)、下環(huán)位置，可使用千斤頂調(diào)整，使之符合設(shè)計要求；

1.2.2.2 勵磁滑環(huán)定位。在勵磁滑環(huán)上環(huán)、下環(huán)位置外側(cè)集電環(huán)軸上按90度分布距上環(huán)、下環(huán)外側(cè)10mm位置鉆4個孔并進行攻絲。

1.2.2.3 防止正負極勵磁滑環(huán)松動。加工絕緣墊塊及絕緣螺栓各8套；用加工絕緣墊塊及絕緣螺栓固定勵磁滑環(huán)上環(huán)、下環(huán)位置，絕緣件涂刷環(huán)氧膠，對正負極勵磁滑環(huán)進行限位，防止運行中滑環(huán)變位傾斜。

另外，從機組二次空氣冷卻系統(tǒng)中引入一路冷風，對勵磁滑環(huán)室進行冷卻，結(jié)合碳粉吸收裝置，確保機組滑環(huán)碳刷運行環(huán)境良好。

1.3 機組推力瓦瓦面脫落

1.3.1 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場情況，初步分析空心鏡板是導致推力瓦面脫落的主要原因。機組運行過程中推力瓦面受到疲勞振動，導致瓦面出現(xiàn)裂紋，在油膜壓力及溫度的作用下發(fā)生整塊脫離現(xiàn)象。長洲哈電-東芝機組正向推力較大663t，轉(zhuǎn)速較低75r/min，即使采用了68號潤滑油，油膜厚度也僅為0.03mm。而現(xiàn)場機組又采用的是空心鏡板，在正向推力負荷穩(wěn)定的情況下，由于空心鏡板環(huán)向軸向剛度的不均勻會產(chǎn)生環(huán)向波浪度，鏡板旋轉(zhuǎn)時各塊推力瓦油膜厚度就會時大時小，發(fā)生瓦面受力波動，導致鎢金層疲勞剝落。

1.3.2 處理措施

為了徹底解決哈電-東芝機組瓦面脫落問題，將機組的鏡板由焊接空心鏡板改造為整鍛實心鏡板，同時為減小正向推力瓦變形，正向推力瓦厚度由 125mm 增加到 175mm，鏡板厚度相對變薄，這樣徑向軸承潤滑參數(shù)更加優(yōu)良。

1.3.3 運行防范措施

為確保哈電-東芝機組運行正常，運行人員也采用多種手段加強監(jiān)視分析，監(jiān)視機組運行狀態(tài)，避免在振動區(qū)運行；加強對機組軸承潤滑油系統(tǒng)監(jiān)視，確保機組軸承潤滑油溫度在正常范圍之內(nèi)，為機組軸承系統(tǒng)安全運行提供保證。同時加強對軸瓦狀態(tài)的檢查，定期利用內(nèi)窺鏡進行鏡板及推力瓦運行情況的檢查。

1.4 機組槳葉操作油管脫落

1.4.1 原因分析

機組槳葉操作油管的內(nèi)管采用的是右旋螺紋，也就是常規(guī)螺紋，在運行中受到的將是使螺紋松脫的作用力，且未設(shè)計安裝銷釘。另外內(nèi)管螺紋連接處的點焊止動措施不到位，點焊過少，運行中造成焊點脫落，止動功能消失，從而造成槳葉操作油管段脫落，從而引發(fā)一系列的故障。

1.4.2 處理及運行防范措施

槳葉操作油管內(nèi)管采用左旋螺紋，以使內(nèi)管下游端螺母絲扣運行中受到的作用力是使絲扣越來越緊，并安裝銷釘止動，防止運行中內(nèi)管松脫[1]。

加強監(jiān)視，定期巡檢并根據(jù)標定的槳葉開度及接力器行程進行核對，做好記錄及數(shù)據(jù)對比分析，及時發(fā)現(xiàn)槳葉操作系統(tǒng)存在的異常。

1.5 機組軸頭輕微漏水處理措施

燈泡貫流式機組導葉軸套漏水現(xiàn)象十分普遍，長洲機組投產(chǎn)后同樣存在導葉軸套漏水問題，在處理過程中也采用了多種方式，包括更換導葉軸承密封、密封唇口加O型密封等，均不能做到滴水不漏，只能減少漏水量。為確保機組廊道層的優(yōu)良環(huán)境，采用接水盒方式，每個導葉軸套上安裝一個接水盒，接水盒與軸套同步運行，再將接水盒的水匯集排至集水井，從而徹底解決了導葉軸承輕微漏水帶來的影響。

1.6 機組調(diào)速系統(tǒng)壓油泵頻繁啟動原因分析及處理

1.6.1 壓油泵啟動定置漂移，啟泵與停泵的定置間隔小，造成壓油泵頻繁啟動。

通過調(diào)整壓油泵的啟動定置，確保停泵壓力與啟泵壓力有一定的大小，從而保證一定時間的用油量。

1.6.2 調(diào)速器導葉（槳葉）主配抽動，用油量過大，造成壓油泵頻繁啟動。

調(diào)速器主配抽動分為電氣原因與機械原因，可以通過將導葉（槳葉）切至手動控制，如抽動現(xiàn)象消失，則可判斷為電氣抽動，否則為機械抽動。電氣抽動一般需要查找綜合模塊（控制模塊），機械方面一般為主配中位偏移，可以通過停機后調(diào)整主配中位等方法調(diào)整。

1.6.3 受油器浮動瓦間隙過大，開關(guān)腔與輪轂供油腔竄油過大，造成壓油泵頻繁啟動。

可以通過觀察輪轂高位油箱有無返油現(xiàn)象，判斷有無壓力油返到輪轂供油管回路，不過要處理竄油問題必須待機組檢修時方可解決。

1.6.4 導葉（槳葉）接力器開關(guān)腔缸體竄油量較大，造成用油量大，壓油泵頻繁啟動。

1.6.5 輪轂內(nèi)槳葉開關(guān)腔供油管路竄油，一是造成運行中槳葉頻繁調(diào)節(jié)，槳葉抽動；二是造成用油量過大，壓油泵頻繁啟動。

1.6.6 壓油泵出口止回閥關(guān)閉不嚴、壓力油罐排油閥關(guān)閉不嚴、調(diào)速器供油管路存在滲漏等原因，造成部分壓力油回到調(diào)速器回油箱，壓力油罐壓力下降過快，引起壓油泵頻繁啟動。

2 機組運行過程中異常判斷分析

2.1 機組軸瓦溫度異常升高判斷及處理

機組運行過程中，如機組軸瓦溫度較正常運行時出線異常上升現(xiàn)象，但溫度又未達到機組瓦溫過高事故停機值，要求運行人員正確判斷溫度升高的原因，及時采取以下措施：

2.1.1 首先啟動高頂泵，給軸瓦間注入高壓油。無論何種原因引起軸瓦溫度異常上升，注入高壓油都是有利于設(shè)備安全的：一是防止?jié)櫥椭袛嘁鸬妮S瓦溫度異常；二是可以緩解機組工況差等原因?qū)S瓦的影響。

2.1.2 檢查機組軸承冷卻系統(tǒng)。檢查軸承冷卻系統(tǒng)是否正常，是否由于冷卻水壓不足造成冷卻效果差，從而導致軸瓦溫度上升。

2.1.3 檢查機組軸承潤滑油系統(tǒng)，防止管路出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

2.1.4 調(diào)整機組工況，避免機組處于振動區(qū)域運行。

如果檢查未發(fā)現(xiàn)異常，同時其他措施未緩解軸瓦溫度上升，應及時申請停機，避免引發(fā)設(shè)備損壞事故。

2.2 槳葉主配抽動異常判斷及處理

燈泡貫流式機組在運行過程中，常見槳葉主配異常抽動，影響設(shè)備安全運行，運行人員分析及處理過程主要有：

2.2.1 通過分析壓油泵啟停間隔時間，初步判斷機組調(diào)速器系統(tǒng)出現(xiàn)異常，造成用油量增加；

2.2.2 首先要判斷是電氣方面還是機械方面原因引起的主配抽動現(xiàn)象，可以將主配切手動控制，切除電氣控制部分，如果主配恢復正常，則為電氣方面引起的抽動，否則為機械方面的原因，根據(jù)實際故障情況通知專業(yè)維護人員處理；

2.2.3 在未處理之前，如果為電氣方面原因，可以將槳葉切“手動”位置，暫時維持設(shè)備運行，如果為機械方面原因，抽動已影響設(shè)備安全運行，應申請停機處理。

2.3 軸承潤滑油冷卻器內(nèi)部滲油異常判斷及處理

軸承潤滑油冷卻器主要是對機組潤滑油進行冷卻，一般采用殼式油冷卻器或板式油冷卻器。殼式油冷卻器內(nèi)部細銅管通油外部通水進行冷熱交換，長時間運行后容易出現(xiàn)內(nèi)部銅管破裂，造成少油或油混水，運行應加強對其的分析跟蹤。

2.3.1 每值進行設(shè)備運行分析，分析機組軸承高位油箱、低位油箱油位變化曲線，如果發(fā)現(xiàn)油位呈現(xiàn)下降趨勢，應對軸承潤滑油回路進行檢查，看有無明顯滲漏點，同時打開機組軸承潤滑油冷卻器冷卻水的壓力表排氣閥，看排出的水是否含油，如果含油則可判斷油冷器內(nèi)部滲油；

2.3.2 倒換油冷器運行，倒換后做好油位分析跟蹤，確保已切除故障設(shè)備。

3 結(jié)語

上述針對燈泡貫流機組常出現(xiàn)的問題進行原因分析，闡述處理過程，對運行人員在處理常見異常方面的經(jīng)驗進行總結(jié)，目的是提高運維人員的技能水平，給同類型機組的檢修、運行有所借鑒，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。