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

當前，水力發(fā)電站基本實現(xiàn)無人化運行，以遠方控制、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致軸瓦與轉(zhuǎn)軸溫度升高，進而致使軸瓦被燒壞。一旦轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象，將直接導致水輪機組出現(xiàn)與軸線偏離旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，進而造成振動問題。水導瓦出現(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密封存或者排油閥門并未嚴密封存，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。由于管道進入空氣、冷卻水管堵塞或者閥門閥瓣破損等因素都會嚴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，導致機組振動與擺動幅度持續(xù)增加。這種情況下，極易導致固定部分與轉(zhuǎn)動部分產(chǎn)生碰撞，并加重事故程度進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)象后果較為嚴重，究其原因在于：其一，當機組運行正常并帶有負荷時，因各種因素影響致使甩掉負荷，這時一旦導葉難以關(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、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，情況較為繁瑣復雜。一般情況下，轉(zhuǎn)輪抗腐蝕性能與轉(zhuǎn)輪組織細密程度和表面光滑的程度有關(guān)，如果組織細密度越強，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)輪組織的細密程度以及表面光滑程度只能對空蝕現(xiàn)象進行減少，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)與水輪機導水葉進行連接，是水輪機導水葉一個較為關(guān)鍵性的保護裝置。通常情況下，導水葉在實際運行的進程中，剪斷銷牽動著導水葉轉(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，導致導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：其一，一旦導水葉處于被卡住的狀態(tài)，導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，進而產(chǎn)生巨大剪力使剪斷銷被剪斷;其二。導水葉關(guān)閉或者開啟較快，使水流對導水葉壓力直接增加，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 水導瓦溫度過高的處理方法

水導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，就要對冷卻器進行故障檢查，還要對潤滑油的數(shù)量以及質(zhì)量進行檢驗，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)，并對引起水導瓦發(fā)熱的原因進行詳細分析，對相關(guān)部位以及相關(guān)設(shè)備進行質(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荷減少還是調(diào)速器故障。只有確定了大體方向，才能進行細節(jié)分析。如果是因為前者，要先查看在機組過速運行中，導葉等保護裝置是否啟動運行著，然后就可以對機組檢修狀態(tài)進行決定，如果導葉處于罷工狀態(tài)，或者保護功能減弱，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水口閘門進行關(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)生嚴重空化，在這種情況下，一般而言，不會發(fā)生嚴重的空蝕現(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

[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）

（作者單位：大唐觀音巖水電開發(fā)有限公司）