淺析混流式水輪發(fā)電機(jī)組安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)

黃鶴明

(上海福伊特水電設(shè)備有限公司，上海 200240)

0 引言

水能是一種取之不盡、用之不竭、可再生的清潔能源。水力發(fā)電是綜合利用水資源的一個(gè)重要組成部分，與航運(yùn)、養(yǎng)殖、灌溉、防洪和旅游組成水資源綜合利用體系。水力發(fā)電是一種再生能源，清潔無(wú)污染，對(duì)環(huán)境沖擊較小，運(yùn)營(yíng)成本低、發(fā)電效率高，機(jī)組啟動(dòng)快，調(diào)節(jié)容易，同時(shí)水庫(kù)和大壩還能有效地預(yù)防洪災(zāi)、提供灌溉用水并改善河流航運(yùn)能力。

1 混流式水輪發(fā)電機(jī)組的安裝和調(diào)試

通常情況下，我國(guó)的水電站設(shè)備安裝是由水電安裝單位按照GB/T 8564—2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》以及廠家編制的設(shè)備安裝手冊(cè)進(jìn)行安裝的。其中，國(guó)標(biāo)GB/T 8564—2003在第12節(jié)及附錄D對(duì)管道的安裝、內(nèi)壁處理和試驗(yàn)等均做了明確的要求。第12.4.2節(jié)規(guī)定：“油、氣、水系統(tǒng)管道和調(diào)速器管道使用前，其內(nèi)壁應(yīng)按設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行沖洗和檢驗(yàn)。設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)，可參考附錄D執(zhí)行?！?/p>

1.1 水輪機(jī)流道檢查

水輪機(jī)的流道通常由蝸殼、活動(dòng)導(dǎo)葉和尾水管等組成。流道內(nèi)的清理檢查工作尤為重要，在機(jī)組充水前、充水后、開(kāi)機(jī)前，均應(yīng)對(duì)水輪機(jī)的流道進(jìn)行檢查，將流道內(nèi)的鋼筋、混凝土塊、鉆桿等雜物清理干凈，以免機(jī)組開(kāi)機(jī)后雜物隨高壓水對(duì)水輪機(jī)的關(guān)鍵水力部件的流道面(如固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉及轉(zhuǎn)輪葉片等)造成破壞，影響機(jī)組的使用壽命。國(guó)內(nèi)外很多電站的固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉及轉(zhuǎn)輪葉片的流道表面均有被流道雜物撞擊很多凹坑和劃痕的案例。國(guó)外某大型電站曾因取水口欄污柵問(wèn)題，一顆大樹(shù)被水流沖入水輪機(jī)內(nèi)，最終卡在固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉之間，造成機(jī)組無(wú)法正常關(guān)閉導(dǎo)葉進(jìn)行停機(jī)，最終通過(guò)投入緊急事故閘門(mén)，使機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成很大的影響。

1.2 油、氣、水管路檢查

油、氣、水管路能否順暢工作，對(duì)機(jī)組設(shè)備的調(diào)試和后期的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的作用。

為了保證機(jī)組冷卻、潤(rùn)滑要求，技術(shù)供水必須有足夠的供水量、水壓(即一定的流量)、水質(zhì)(對(duì)不符合要求的冷卻水要進(jìn)行水處理后才能使用)和水溫。國(guó)內(nèi)某電站在技術(shù)供水充水后管路中發(fā)現(xiàn)有異常的持續(xù)敲擊響聲，關(guān)閉技術(shù)供水總閥進(jìn)行管路檢查，最終在管路中發(fā)現(xiàn)了一把安裝時(shí)遺落的鐵錘，從而避免了過(guò)濾器的損壞。國(guó)內(nèi)某水電站在安裝調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)的主軸密封系統(tǒng)的精過(guò)濾系統(tǒng)的排污處失壓，后經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)該精過(guò)濾系統(tǒng)被現(xiàn)場(chǎng)制作的管路中殘留焊渣、焊瘤堵死，造成精過(guò)濾器濾芯在調(diào)試時(shí)被管路中的焊渣等所破壞(見(jiàn)圖1)。

圖1 主軸密封供水管道內(nèi)的雜物及損壞的濾芯

國(guó)外某電站發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承供油循環(huán)系統(tǒng)管路安裝時(shí)，由于疏忽，安裝人員未及時(shí)將手套和臨時(shí)安裝管堵等雜物(見(jiàn)圖2)及時(shí)從管路中移走，發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)軸承油溫和瓦溫均偏高，油冷卻系統(tǒng)效率偏低。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的分析也未找到根本原因，后經(jīng)逐項(xiàng)解體排查，最終發(fā)現(xiàn)油冷卻器的冷卻水管入口被一副安裝手套和臨時(shí)管堵堵住了，對(duì)調(diào)試的設(shè)備故障判斷和調(diào)試進(jìn)度造成了很大的影響。

圖2 上導(dǎo)軸承冷卻水管路內(nèi)的手套和管堵

因此，建議相關(guān)規(guī)范和手冊(cè)中應(yīng)該增加表述：調(diào)試前將濾水、濾油等重要設(shè)備進(jìn)行短接，待管路按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求清洗干凈后再接入這些設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。只有注重了安裝過(guò)程中的每一步細(xì)節(jié)，才能確保機(jī)組調(diào)試運(yùn)行的順利進(jìn)行，有效地保護(hù)發(fā)電設(shè)備安全運(yùn)行。

1.3 管路保護(hù)

無(wú)論是管路安裝過(guò)程，還是混凝土澆注過(guò)程，都應(yīng)該采取措施對(duì)管路進(jìn)行保護(hù)，以免異物或雜物落入管路內(nèi)。同時(shí)避免臨時(shí)管堵遺忘在管路中，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。建議按相應(yīng)規(guī)格的管徑，使用塑料安裝保護(hù)帽。塑料帽可以有效地保護(hù)管路末端，防止異物進(jìn)入，同時(shí)可以避免將安放在管端的臨時(shí)管堵遺忘在管路內(nèi)。安裝連接時(shí)，只有把塑料帽拿開(kāi)，才能順利安裝管路密封。塑料帽的領(lǐng)用和還回應(yīng)按責(zé)任人登記造冊(cè)進(jìn)行控制，能有效地控制異物進(jìn)入管路而且能夠全部回收循環(huán)利用。

1.4 機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件檢查

國(guó)內(nèi)某電站其發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間掉落了螺栓、墊片等異物，但因轉(zhuǎn)子和定子之間間隙較小，深度較深，故無(wú)法通過(guò)目視方法發(fā)現(xiàn)異物存在。當(dāng)機(jī)組開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，造成發(fā)電機(jī)掃膛，發(fā)生非常嚴(yán)重地事故。若采用柔性內(nèi)窺鏡，插入定轉(zhuǎn)子間隙里，沿圓周方向移動(dòng)，利用底部磁鐵，可以將掉落的螺栓、墊片等鐵磁雜物從轉(zhuǎn)子和定子間的空隙里取出，降低機(jī)組掃膛事故的風(fēng)險(xiǎn)。

1.5 電站輔機(jī)系統(tǒng)檢查

電站輔機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)前應(yīng)列出逐項(xiàng)檢查清單，確保所有的安裝輔助材料、工具等在安裝完成時(shí)全部清理干凈，以免對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)造成影響，延誤工期。

國(guó)外某電站在發(fā)電機(jī)封閉母線安裝完成后未將封閉母線導(dǎo)體和外殼之間的臨時(shí)安裝支撐(該支撐兩端為方木，中間通過(guò)調(diào)整螺栓連接)及時(shí)拆除移走，由于封閉母線高壓試驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，導(dǎo)體和外殼之間通常使用絕緣子進(jìn)行隔離，但遺忘在該相封閉母線內(nèi)的臨時(shí)安裝支撐(見(jiàn)圖3)造成了母線升壓時(shí)導(dǎo)體和外殼之間短路，該相電壓無(wú)法達(dá)到設(shè)定要求，電流顯示異常，從而導(dǎo)致封閉母線高壓試驗(yàn)失敗。

2 水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)

2.1 混流式水輪機(jī)連續(xù)運(yùn)行范圍

每個(gè)水輪機(jī)都按照電站的水頭H(m)和流量Q

圖3 發(fā)電機(jī)封閉母線內(nèi)遺漏的調(diào)整木塊

(m3/s)來(lái)設(shè)計(jì)其出力P(MW)。諸多運(yùn)行工況點(diǎn)連線所包括的范圍，即為水輪機(jī)的運(yùn)行范圍。在不同的水頭和流量下，水輪機(jī)有著對(duì)應(yīng)的運(yùn)行特征。按負(fù)荷可以分為：極低負(fù)荷運(yùn)行區(qū)、部分負(fù)荷振動(dòng)區(qū)、部分負(fù)荷運(yùn)行區(qū)、無(wú)渦運(yùn)行區(qū)、大負(fù)荷運(yùn)行區(qū)和超負(fù)荷臨時(shí)運(yùn)行區(qū)(見(jiàn)圖4)。其中無(wú)渦區(qū)為機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行區(qū)，該區(qū)域運(yùn)行的水輪機(jī)效率高，噪聲最低，機(jī)組振動(dòng)最?。徊糠重?fù)荷振動(dòng)區(qū)機(jī)組效率低，噪聲和振動(dòng)都很大，對(duì)機(jī)組各部件的破壞力最強(qiáng)。要嚴(yán)格按照廠家推薦的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行范圍來(lái)合理使用水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)揮最佳經(jīng)濟(jì)效益，使水輪機(jī)能高效率、低噪聲、低振動(dòng)地長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，這對(duì)充分利用水能資源、減少運(yùn)行維護(hù)、提高水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行壽命等起著舉足輕重的作用。

國(guó)內(nèi)某水電站，其水輪機(jī)的設(shè)計(jì)出力近140 MW，廠家推薦應(yīng)在不低于80 MW的范圍內(nèi)運(yùn)行，但該機(jī)組因電網(wǎng)調(diào)度及電廠需要，長(zhǎng)期處于超低負(fù)荷運(yùn)行(見(jiàn)表1)，使得機(jī)組在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)在氣蝕運(yùn)行區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，從而在轉(zhuǎn)輪上冠上葉道間出現(xiàn)了較大面積的氣蝕(見(jiàn)圖5)。鑒于機(jī)組在較低負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行時(shí)也易出現(xiàn)振動(dòng)、噪聲等不利于穩(wěn)定運(yùn)行的現(xiàn)象，建議電廠根據(jù)水輪機(jī)廠家結(jié)合電站自身設(shè)計(jì)特點(diǎn)提供的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，充分與電網(wǎng)調(diào)配進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，盡量減少機(jī)組在非推薦甚至是禁止運(yùn)行區(qū)域運(yùn)行，以確保機(jī)組長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

圖4 某水電站推薦的水輪機(jī)運(yùn)行范圍

表1 某水電站各機(jī)組運(yùn)行統(tǒng)計(jì)記錄

續(xù)表1 某水電站各機(jī)組運(yùn)行統(tǒng)計(jì)記錄

圖5 某水電站機(jī)組負(fù)荷及轉(zhuǎn)輪上冠氣蝕

2.2 水輪發(fā)電機(jī)油、氣、水管路定期保養(yǎng)

當(dāng)中控上位機(jī)報(bào)警某軸承溫度升高信號(hào)，或某軸承溫度指示達(dá)到或超過(guò)故障溫度時(shí)，應(yīng)檢查相應(yīng)軸承冷卻器和供排水閥是否關(guān)閉或堵塞，供排水壓力是否正常(推力軸承還應(yīng)檢查外循環(huán)油泵運(yùn)行是否正常)。應(yīng)排除技術(shù)供水總供、排水閥、冷卻水供水閥、推力油泵尚未啟動(dòng)而油流誤指示正常(表計(jì)誤發(fā)信號(hào))。若系機(jī)組擺動(dòng)過(guò)大，應(yīng)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，避開(kāi)振動(dòng)區(qū)，使溫度下降到允許值。

國(guó)內(nèi)某電站在機(jī)組檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)軸承油過(guò)濾器和主軸密封供水管路均被河道中的一種類似貝殼類的生物給堵住(見(jiàn)圖6)，造成冷卻系統(tǒng)的冷卻效果大幅度下降，水導(dǎo)軸承瓦溫不斷升高，主軸密封供水嚴(yán)重不足并造成主軸密封條磨損加劇，從而給機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了很大的安全隱患。

3 結(jié)語(yǔ)

電站的日常維護(hù)中，對(duì)影響機(jī)組安全運(yùn)行的油、氣、水管路可以拆卸的部分，經(jīng)常進(jìn)行巡查并采取適當(dāng)?shù)拇胧?。如及時(shí)清理管路及連接法蘭處發(fā)現(xiàn)的異物，根據(jù)各電站日常維護(hù)中發(fā)現(xiàn)的情況制定相應(yīng)的例行檢查制度，及時(shí)與廠家和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，以便設(shè)計(jì)人員將相應(yīng)的要求在運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)進(jìn)行更新。

圖6 貝殼堵塞的油冷卻過(guò)濾器和供水管

水電站只有將安裝、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，將具體工作落實(shí)到每一階段的具體細(xì)節(jié)，并在推薦的水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行范圍內(nèi)運(yùn)行機(jī)組，才能使得水輪發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，充分利用水能資源、發(fā)揮最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。