大壩滲漏排水泵運行故障分析及處理

王志強，王建雄，焦維亮，付張雨

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 涼山 615704）

1 概述

某電站樞紐建筑物主要由左右岸擋水壩、中孔壩段和溢流壩段、消力池、右岸引水系統(tǒng)及地下廠房發(fā)電系統(tǒng)組成。碾壓混凝土重力壩壩頂高程1 334 m，最大壩高168 m，壩頂長度516 m。大壩滲漏集水井設(shè)置在右岸高程1 173.60 m基礎(chǔ)廊道內(nèi)，尺寸為7.5 m×4 m×8 m（長×寬×高），有效容積為96 m3，用于收集大壩內(nèi)部滲水，水泵將壩體滲漏水通過排水管接入水墊塘下游段。

目前，為提高系統(tǒng)運行的可靠性，泵房內(nèi)設(shè)置了兩套排水系統(tǒng)，即大壩滲漏排水主用系統(tǒng)和大壩滲漏排水備用系統(tǒng)，主用系統(tǒng)采用德國博格生產(chǎn)的凸輪泵（型號EL1000），排水系統(tǒng)主要由3臺潛水泵、出口流量計、可曲撓橡膠接頭、泵控單向閥、出口閘閥和排水管路等組成，于2019年1月投入運行，主用系統(tǒng)設(shè)置3臺排水泵，1用2備，3臺互為備用。備用系統(tǒng)采用運城解州華龍泵業(yè)生產(chǎn)的潛水泵（型號300QJ160-80/4），于2019年9月投入運行，備用系統(tǒng)設(shè)置3臺排水泵，1用2備，3臺互為備用，正常運行時為大壩滲漏主用系統(tǒng)運行，在主用系統(tǒng)2臺或3臺泵故障后，運行人員將主用系統(tǒng)退出，投入備用系統(tǒng)運行。電站設(shè)計了兩路排水系統(tǒng)，一路是備用系統(tǒng)，另外一路是主要系統(tǒng)，分別將水排到壩后，由于管路較長，管路中余水較多，在管路靠近集水井側(cè)設(shè)置了放空閥，在水泵停運后，開啟排水管路的電動閥，將管路余水排盡[1]。

2 運行方式

按照電廠“遠程控制、現(xiàn)場值守”的相關(guān)要求及壩體滲漏來水情況，結(jié)合水泵運行特點，大壩滲漏排水主用系統(tǒng)、備用系統(tǒng)共計6臺水泵的運行根據(jù)集水井水位變化設(shè)定為自動控制，當(dāng)液位變送器傳送具體的接點動作至PLC控制柜時觸發(fā)水泵運行或停止。液位變送器為重要的水位監(jiān)測裝置，為保證其數(shù)據(jù)的可靠性，本系統(tǒng)配備了兩套獨立的液位監(jiān)測裝置，避免液位變送器信號失真引發(fā)報警信號或水淹泵房事故。其液位具體的參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 液位變送器參數(shù)設(shè)置

3 設(shè)備故障現(xiàn)象

1月31日，大壩滲漏排水主用系統(tǒng)3號泵運行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出“11LCU大壩滲漏排水主用控制柜3號泵流量正常復(fù)歸”、“11LCU大壩滲漏排水主用控制柜3號泵流量低動作”信號，運行遠控值班人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)大壩滲漏排水主用系統(tǒng)監(jiān)測畫面中“3號變頻器運行”點亮、“3號排水泵出口流量”由109 m3/h變?yōu)? m3/h，現(xiàn)場值守長派人配合專業(yè)檢修班組檢查。

檢修維護人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)大壩滲漏排水主用系統(tǒng)3號泵聯(lián)軸器已損壞，水泵端聯(lián)軸器機構(gòu)受損嚴(yán)重，緩沖墊出現(xiàn)了變形與損傷，水泵已停止運行，電機仍在持續(xù)運轉(zhuǎn)，現(xiàn)場油泵連軸器部分有明顯的異音，聯(lián)軸器部分溫度比正常運行時高，流量計顯示流量為0 m3/h。現(xiàn)場圖片見圖1、圖2。

圖1 聯(lián)軸器斷裂

圖2 碎裂的聯(lián)軸器部件

4 現(xiàn)場檢查及處理

1月31日，由運行人員執(zhí)行完安全措施后，維護人員打開水泵，檢查發(fā)現(xiàn)驅(qū)動軸上轉(zhuǎn)子體中3塊轉(zhuǎn)子尖均出現(xiàn)不同程度的撕裂，從動軸上轉(zhuǎn)子體1塊轉(zhuǎn)子尖被撕裂，現(xiàn)場圖片見圖3。

圖3 被撕裂的轉(zhuǎn)子尖

維護人員拆除轉(zhuǎn)子尖后檢查發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動軸已經(jīng)斷裂，現(xiàn)場圖片見圖4、圖5。

圖5 斷裂的軸端

由于水泵驅(qū)動軸斷裂、4塊轉(zhuǎn)子尖撕裂及聯(lián)軸器受損，為避免降低系統(tǒng)運行的可靠性，盡快恢復(fù)水泵運行，即對水泵部件進行了整體更換，待系統(tǒng)恢復(fù)正常運行后，再對受損水泵進行專項檢查分析及處理。

水泵更換完成后，使用百分表對電機軸與水泵軸進行水平與豎直方向上偏差校準(zhǔn)，經(jīng)檢驗，水平方向偏差最大為0.08 mm，豎直方向最大為0.10 mm，均滿足安裝要求。水泵安裝完成后即試運行3次（2次在現(xiàn)地手動啟泵，1次在水泵控制室手動啟泵），水泵出口壓力為0.58 MPa，流量為108 m3/h，具備投入運行條件。

5 分析及結(jié)論

經(jīng)查詢監(jiān)控系統(tǒng)集水井水位變化及大壩滲漏排水主用系統(tǒng)排水泵出口流量計數(shù)據(jù)，1月30日，由于開展大壩滲漏排水備用系統(tǒng)排水泵檢查維護工作，運行人員將水泵控制方式由備用系統(tǒng)切換至主用系統(tǒng)運行，1月30日21：10：00主用系統(tǒng)1號排水泵運行，1月30日22：50：10主用系統(tǒng)2號排水泵運行，1月31日01：14：00主用系統(tǒng)3號排水泵運行，運行約30 min后流量急劇下滑，集水井水位逐漸開始上升，上升至1 172.00 m（主用系統(tǒng)第二啟動水位）時，主用系統(tǒng)1號排水泵開始運行。

經(jīng)仔細檢查斷裂的軸端，發(fā)現(xiàn)斷面裂痕三分之一為新痕跡，三分之二為舊痕跡，已出現(xiàn)銹跡，證明裂紋的形成過程緩慢，是外加力持續(xù)作用累計形成的結(jié)果。經(jīng)過對從動軸進行滲透探傷檢查，檢測結(jié)果顯示從動軸完好、無裂紋、無缺陷。結(jié)合現(xiàn)場水泵受損情況、監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)及以往水泵故障統(tǒng)計信息，分析水泵運行故障的原因[2-5]為：

（1）水泵泵軸出廠時可能存在裂紋缺陷，運行時導(dǎo)致裂紋擴大。

（2）水泵運行過程中隨著水泵泵腔水垢厚度的不斷增加導(dǎo)致水泵驅(qū)動軸輸出力矩不斷變化，繼而使軸在機械密封部位由于長時間受力不均導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，以上因素的作用下，在最后一次運行過程中驅(qū)動軸直接斷裂，由于齒輪箱運行未受影響，下端轉(zhuǎn)子正常運行，導(dǎo)致上端轉(zhuǎn)子尖被撕裂，轉(zhuǎn)子尖緊固螺栓露出，與下端轉(zhuǎn)子尖之間產(chǎn)生卡阻，強迫下端轉(zhuǎn)子停止運行，電機軸憑借慣性動力輸入導(dǎo)致聯(lián)軸器連接部位斷裂。由于水泵停止運轉(zhuǎn)，水泵出口流量降低，而電機正常運行，故CCS發(fā)“11LCU大壩滲漏排水主用控制柜3號泵流量低動作”信號。

6 結(jié)語

由于大壩水質(zhì)原因?qū)е滤帽们唤Y(jié)垢，水泵運行過程中隨著水垢厚度的不斷增加使水泵驅(qū)動軸輸出力矩不斷變化，進而可能引發(fā)驅(qū)動軸產(chǎn)生裂紋的情況。根據(jù)設(shè)備定期檢修計劃，目前大壩滲漏排水主用系統(tǒng)排水泵每3個月開展一次定期維護工作，工作內(nèi)容主要包括水泵轉(zhuǎn)子體及轉(zhuǎn)子尖檢查，機械密封檢查，水泵泵腔檢查與除垢處理，緊固螺栓檢查、排水泵的驅(qū)動軸隱患排查等工作[6]。

為避免再次出現(xiàn)設(shè)備損壞事件，制定以下控制措施：

（1）每周記錄一次3臺泵的啟動電流、出口流量及出口壓力，以便清楚掌握水泵運行狀態(tài)。

（2）立即對1號、2號排水泵驅(qū)動軸與從動軸進行全面滲透探傷檢查，及時消除安全隱患。

（3）在后續(xù)維修保養(yǎng)過程中，將加入對驅(qū)動軸與從動軸檢查作業(yè)內(nèi)容，以確保水泵軸完好無缺陷。

（4）運行人員加強設(shè)備運行趨勢分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備啟停規(guī)律不正常時，通知專業(yè)班組檢查設(shè)備運行情況，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

（5）設(shè)備操作中的注意事項，目前大壩滲漏主用系統(tǒng)管路較長，系統(tǒng)中設(shè)置了放空閥的開啟時間6 min的流程，為使管路中的水排干凈，操作中應(yīng)確認(rèn)放空閥是否正確動作。若管路中有余水，則會影響到啟泵時的效率，對排水泵有危害。

通過以上措施的實施，可以及時掌握凸輪泵的運行狀態(tài)，有效地避免設(shè)備事故再次發(fā)生，提高了設(shè)備的健康水平，對大壩滲漏排水系統(tǒng)安全運行，保障壩內(nèi)設(shè)備安全起到了重要作用。