水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)故障診斷與處理

陳韶光，梁洸強(qiáng)，周 濤＊

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

1 水輪機(jī)常見故障及維修案例

水輪機(jī)故障是指水輪機(jī)沒有達(dá)到技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的應(yīng)有的工作效果[1]，是水電站發(fā)電機(jī)組常見的故障之一。故障的種類及其產(chǎn)生的原因很多，我們需要通過具體分析，弄清機(jī)組故障的原因，有針對(duì)性的采取相應(yīng)的措施，及時(shí)預(yù)防故障的發(fā)生和盡快恢復(fù)機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.1 水輪機(jī)出力不足

1.1.1 出力不足的原因分析

水輪機(jī)常見的出力不足的主要原因有：

（1）引水系統(tǒng)存在堵塞；

（2）轉(zhuǎn)輪室內(nèi)漏水量過大；

（3）水輪機(jī)導(dǎo)葉開度不夠；

（4）水輪機(jī)經(jīng)長期修補(bǔ)，葉型偏離原設(shè)計(jì)方案，效率低下；

（5）水輪機(jī)選型與安裝存在質(zhì)量問題；

（6）水輪機(jī)設(shè)計(jì)與制造存在質(zhì)量問題。

1.1.2 解決辦法

（1）引水系統(tǒng)存在堵塞問題的解決辦法

在水電站的水庫或河道的岸邊往往草木茂密，會(huì)有枝葉落到水中，而這些枝葉大多會(huì)隨著水流進(jìn)入引水道入口處，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞在攔污柵前，結(jié)果是造成水輪機(jī)的工作水頭降低；另外，也有一些石頭、淤泥等雜質(zhì)會(huì)淤積在水流通道中，使水流通道有效過水截面積減小。因此，為保證水流流動(dòng)順暢，需要定期清理攔污柵前的枝葉及水流通道中的淤積雜物。

（2）針對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪過流表面的剛度、強(qiáng)度不足問題的解決辦法

造成水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪過流表面抗空蝕、抗磨損能力不足的主要原因顯然是剛度、強(qiáng)度不足?？蓮囊韵聨追矫孢M(jìn)行改造：在轉(zhuǎn)輪及其他過流部件表面易空蝕、磨損的部位鋪焊不銹鋼，以提高轉(zhuǎn)輪抗空蝕、磨損的能力；建議在轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)時(shí)，葉片一般應(yīng)采用06Cr13Ni4Mo 材料，對(duì)于流沙含量大、磨損嚴(yán)重的則應(yīng)采用06Cr13Ni5Mo 材料。

1.2 水輪機(jī)組振動(dòng)

1.2.1 機(jī)組振動(dòng)原因分析

機(jī)組振動(dòng)原因進(jìn)行全面分析，歸納起來可概括為4 個(gè)方面的原因:

（1）水輪機(jī)蝸殼內(nèi)有異物；

（2）機(jī)組軸線徑向跳動(dòng)超標(biāo)；

（3）機(jī)組磁場平衡度超標(biāo)；

（4）機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量動(dòng)平衡超標(biāo)。

1.2.2 解決辦法

（1）檢修水導(dǎo)軸承。檢查水導(dǎo)軸承，按規(guī)范調(diào)校配合間隙和裝配位置，必要時(shí)更換軸承并重新調(diào)校；清除過流部分上的異物，校正轉(zhuǎn)輪葉片開口值。

（2）檢查恢復(fù)機(jī)組軸線徑向跳動(dòng)。出現(xiàn)機(jī)組軸線徑向跳動(dòng)超標(biāo)時(shí)，應(yīng)檢查并恢復(fù)導(dǎo)瓦間隙在0.1 ～0.15 mm 之間。

（3）發(fā)電機(jī)上機(jī)架大幅振動(dòng)。主要原因是發(fā)電機(jī)軸和水輪機(jī)軸的同心度偏差超標(biāo)，需要重新找正。

（4）水輪機(jī)組的電磁振動(dòng)。此類振動(dòng)，表現(xiàn)在空載運(yùn)行時(shí)振幅小、負(fù)載運(yùn)行時(shí)振幅大。遇到電磁場不平衡造成的振動(dòng)，對(duì)于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)可以通過試驗(yàn)找出機(jī)組的最優(yōu)協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線來改善機(jī)組的運(yùn)行工況，盡可能減少因這方向原因引起的振動(dòng)。

1.3 維修案例

某水電站位于廣西某山村。電站裝機(jī)容量3 ×5000 kW，電站采用砌石雙曲拱壩，高56 m，弧長150 m，水庫正常蓄水位410 m，死水位281.0 m。電站引水系統(tǒng)布設(shè)在右岸，為隧洞有壓引水，主洞總長為247 m，直徑3.8 m；支洞長46 m，直徑2.1 m。引水隧洞出口裝設(shè)兩臺(tái)蝴蝶閥。其他參數(shù)詳見表1。電站出口電壓110 kV。2004 年9 月3 臺(tái)機(jī)組同時(shí)投產(chǎn)發(fā)電。

表1 水能及機(jī)組數(shù)據(jù)

1.3.1 故障情況

開始投運(yùn)的幾年，水電站3 臺(tái)機(jī)組均可以同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行，有時(shí)甚至還可以達(dá)到5200 kW 的出力。2015 年以來，機(jī)組的最大出力開始下降，實(shí)際的最大出力僅達(dá)到4800 ～ 4900 kW，雖然電站的水頭、流量都沒有發(fā)生大的變化，但是不管是3 臺(tái)機(jī)同時(shí)運(yùn)行還是單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，均無法達(dá)到額定正常出力，運(yùn)行中也沒有出現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象。

1.3.2 水輪機(jī)出力不足的原因

通過檢測，判斷水輪機(jī)出力不足的原因主要是水輪機(jī)選型不合理，空蝕、磨損嚴(yán)重，多次檢修后，轉(zhuǎn)輪葉型曲面發(fā)生變化及檢修后安裝存在質(zhì)量問題。

1.3.3 解決辦法

（1）更換同型號(hào)轉(zhuǎn)輪。這樣可以在不改變有關(guān)過流部件結(jié)構(gòu)尺寸的前提下完成改造，減少機(jī)組技改投資；

（2）重新選擇一個(gè)各方面性能更適合本電站參數(shù)、效率更高的新轉(zhuǎn)輪。受電站初期設(shè)計(jì)、制造等因素制約，以前所選老舊轉(zhuǎn)輪效率及性能都相對(duì)較低，通過更換新轉(zhuǎn)輪，可在保持原有過流部件結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)上，明顯改善水輪機(jī)的性能，這也是當(dāng)前老舊水電站更新改造的主要途徑。

為了保證水輪機(jī)組正常、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，以確保水電站正常發(fā)電，需要在實(shí)際運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并根據(jù)故障的類型和產(chǎn)生原因，采用有效措施進(jìn)行處理，認(rèn)真做好調(diào)試操作和維護(hù)工作[2]。

2 水輪機(jī)常見故障的原因及分析

各電站的具體情況，例如：水工建筑物的施工情況、機(jī)電設(shè)備的性能及安裝質(zhì)量、水流情況、運(yùn)行管理水平等，存在差異，使故障出現(xiàn)的原因呈現(xiàn)多樣化。這就需要及時(shí)分析原因并排除故障，以免危及機(jī)組安全運(yùn)行。為此，作為從事水電站運(yùn)行與檢修的技術(shù)人員而言，遇到機(jī)組運(yùn)行異常情況，首先應(yīng)仔細(xì)觀察并分析確定故障類型，然后再進(jìn)一步縮小范圍，找出具體原因，采取相應(yīng)的處理措施。

通常，可以初步判斷引起水電站水輪機(jī)出力不足的主要原因有兩個(gè)方面：①水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪過流表面剛度、強(qiáng)度不足，造成抗空蝕和抗磨能力不足，出現(xiàn)空蝕磨損，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪葉片偏離原設(shè)計(jì)葉型，造成轉(zhuǎn)輪效率下降；②引水通道存在樹木枝葉和淤泥等堵塞物，造成流道過水?dāng)嗝娣e減小、流量不足[3]。

水輪機(jī)的常見故障隨機(jī)組結(jié)構(gòu)的不同略有不同，但大部分是基本相同的，一般易發(fā)生的故障及處理方法見表2。

表2 混流式水輪機(jī)常見故障及處理方法

3 結(jié)束語

從水輪機(jī)運(yùn)行狀況來看，其故障診斷以及維修與使用方法及技術(shù)現(xiàn)狀有關(guān)，只有從現(xiàn)狀中分析存在的問題，才能夠有針對(duì)性地進(jìn)行診斷。經(jīng)過近十年的水電站增效擴(kuò)容改造，絕大多數(shù)水電站已經(jīng)達(dá)到了“無人值守”的自動(dòng)化水平，但是設(shè)備的維護(hù)維修仍然要以計(jì)劃維護(hù)檢修、以人的主觀判斷為主。對(duì)于水輪機(jī)的故障而言，現(xiàn)代水電站應(yīng)結(jié)合自動(dòng)化水平的提升，依靠現(xiàn)代自動(dòng)化檢測與判斷技術(shù)，堅(jiān)持預(yù)防為主的原則，實(shí)施狀態(tài)檢測與判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理水輪機(jī)故障，保障機(jī)組的正常和高效運(yùn)行，此外，要做到有效地防止故障，需要同行們共同努力，不斷研究、總結(jié)、推廣水輪機(jī)故障診斷與處理的經(jīng)驗(yàn)。