水轮发电机组调试问题分析及处理措施

引言

水轮发电机组运行过程中的安全性、可靠性和稳定性对保证整个水电站的生产与经营活动具有重要作用,如何保证水轮发电机组的正常运行一直是水电站面临的一个重要问题,如何采取合理的措施解决这些问题,是延长水轮发电机组使用寿命的关键所在。

1案例概况

M江是我国西南部地区一条著名河流,根据当地政府部门对河流的规划,拟在上游建设一座水电站,主坝为土石坝,项目模式为EPC总承包项目,总投资额25.23亿美元,附属工程项目主要包括灌溉、发电、给水等多项功能建筑物体。另外,在主厂房内分别设置6台型号为HLA743-LT-200的水轮发电机组,并配有sF35- 18/5070型号的发电机,装机总容量25Mw,额定转速285.2 r/min。

2水轮发电机组调试问题和解决措施

2.1振动故障产生的危害

振动故障是水轮发电机组运行过程中不可避免的现象之一,振动故障不仅会对水轮发电机组正常运行带来巨大影响,而且会给振动机组的安全性造成危害,具体体现在以下几个方面:（1)引起发电机零部件金属焊缝疲劳,使之出现裂纹,导致水轮发电机组破坏甚至是报废。（2)造成水轮发电机组各部位紧密连接部件松动,导致紧固件断裂 ,加剧被连接部分振动 ,使其迅速损坏。（3)加速发电机组磨损,比如大轴的剧烈摆动使轴与轴瓦温度升高,导致轴承烧坏。

2.2振动故障产生的原因分析

在本工程项目中也同样遇到了类似问题,若想解决这一问题,需要对引发水轮发电机组振动故障的原因进行分析,以期找到具有针对性的解决办法。

（1)机械原因:多为水轮发电机组质量问题而导致:同时,可能还会由水轮发电机组轴承间距过大、主轴较细、刚度较低以及零件松动等原因而引发。

（2)电磁原因:主要由电机电气部分的电磁力决定,水轮发电机组的振动现象会随着电磁力的增大而增大,而电磁力的主要影响因素有转子圆度等。

本项目中的水轮发电机组转动部分由于受到电磁力的影响,发生振动故障。一般情况下,随着电磁力的不断增大,水轮发电机组的振动现象也会加剧,其中振动最明显的是在上机架部分,此时如果没有固定好定子绕组或者转子绕组,其会在电气负荷与电子负荷的共同影响下发生振动现象,随着振动速度的不断加快,振动的现象愈加明显。

（3)水力原因:当水轮发电机组进水流道不通畅时,会有漩涡从进水流道进入水轮发电机组中,引发水轮发电机组振动现象,且振动会随着水轮发电机组的运行情况变化而不断变化。另外 ,导叶不均匀导致的水轮发电机组振动问题常发生于低比速的水轮发电机组中,这主要是因为水轮发电机组与导叶片的位置较近,导叶片的不均匀也会对水轮发电机组的正常运行产生影响。

2.3水轮发电机组调试问题

2.3.1 甩油、溢油

某日,本项目中水轮发电机组调试小组分别对6台HLA743-LT-200型水轮发电机组进行瓦温试验,出现了甩油和溢油问题。这主要是因为项目所在地上游部分蓄水水平面的水轮机入口垂直高度低于额定的发电水头值,使得导叶开至全开时的额定转速仍未能达到机械过速值,过速时上导油盆盖上的呼吸器和测温电阻出线孔出现了甩油和溢油的现象,同时定子铁芯和线棒上也沾有少量的油渍。现场安装技术人员和厂家代表共同分析和研究后认为:厂家设计和生产的上导油盆中呼吸器较矮,测温电阻出线孔处没有设置封盖装置,在水轮发电机组运行过程中,由于上导油盆中的扰动较大,当油位不断升高之后,油就从呼吸器和测温电阻出线孔中甩出和溢出。

2.3.2下导轴承摆度超标

拆开下导轴承油盆盖板,经过检查发现有个别下导轴承瓦支撑螺栓套筒与轴承点的焊接部位出现断裂并伴有套筒松动现象。根据厂家提供的HLA743-LT-200型水轮发电机组制造图纸,下导轴承瓦支撑螺栓套应在出厂之前与轴承体牢固焊接在一起,这属于设备制造缺陷,最终得出此为下导轴承摆度超标的主要原因。

2.3.3下导轴承瓦支撑螺栓套筒底部未按加工图满焊

工作人员再次拆下下导轴承油盆盖板,经过更进一步的检查发现下导轴承瓦支撑螺栓套在经过电焊之后依然有个别瓦间隙持续增大,工作人员查阅了水轮发电机组原始记录的安装流程,均没有任何问题。后经过两天时间的观察 ,同时求助水轮发电机生产厂家得到了下机架和下导轴承加工图纸,另从设备的制造角度分析发现:下导轴承瓦支撑螺栓套筒底部与轴承体部位应满焊,这一部位不仅受力大,还可能会对摆度造成重要影响,由此怀疑该部位未按照加工图满焊,又由于该部位是水轮发电机组的隐蔽部位,从外观无法直接看到,因此需要拆开轴承体外部套筒封板后进行检查,如果未满焊应做满焊处理。

2.3.4调试器出现故障

在本项目中,工作人员在调试某一台水轮发电机组的过程中无法稳定关闭时间,且这个时间在没有任何规律的情况下不间断地延续和缩短,并出现油泵堵塞的现象,工作人员打开过滤器发现油泵的过滤网上有大量木屑,关闭水轮发电机组启动按钮,停止调试。

3水轮发电机组调试振动故障问题的处理措施

3. 1 对发电机转子绕组实施平衡处理

(1）在施工现场对发电机转子绕组实施平衡处理,放大导油盆密封间隙,再从转子绕组平衡角度出发,减轻机架部位的振动现象。放大导油盆密封间隙后,对水轮发电机组实施2次启动 ,振动故障问题得到了解决 。(2）由于各个导轴承的摆度并不在规定标准范围内,理应对各个轴承进行过速试验。在具体的试验过程中,当下导摆度的最大 值达到540um时 ,上机架X 向值达到180 um及以上。由此可 以准确判断出过速试验中下导摆度在540um时正是转子质量不达标导致了水轮发电机组调试过程中出现振动故障问题。

3.2用油、溢油问题处理措施

关闭水轮发电机组,安排专业人员分别清理甩出和溢出的油渍,并擦拭转子内部的油渍,再使用干净的白布清理转子间隙、定子上下以及线棒上的油渍,以上这些工作需要在短时间内迅速完成。另外,通过加高呼吸器、加装密封盖等方法解决甩油和溢油的问题。实践证明,这些方法不仅正确且十分有效,因此,在其他机组上进行了试验和改造 ,后续水轮发电机组在运行过程中未再出现该类问题。

3.3下导轴承摆度超标处理措施

在施工现场对下导轴承瓦支撑螺栓套筒与轴承点的焊接部位出现断裂部分进行点焊,重新抱瓦和调整瓦隙直至满足设计要求后封盖油盆盖板。

3.4下导轴承瓦支撑螺栓套筒底部满焊处理措施

通过碳弧气刨的方法,将下导轴承瓦支撑螺栓套筒全部刨开,发现确实是下导轴承瓦支撑螺栓套筒底部未做满焊处理,仅仅进行了点焊,该部位是本项目水轮发电机组中受力最大的部位,套筒底部没有进行满焊不仅成为该套筒出现柔性缺陷的一个重要因素,也成为下导轴承摆度超标的主要原因之一。处理方式如下:对所有未经过满焊的下导轴承瓦支撑螺栓套筒底部进行满焊处理,再将每一个套筒封板同样进行全部封焊,如图1所示。

图1下导轴承瓦支撑螺栓套筒底部满焊示意图

3.5调试器故障解决措施

(1）分解所有分段关闭阀,清理木屑和阀体流道 。 (2）清理所有管路 ,清理完毕后再次吹扫干净。(3）全面清扫水 轮发电机组总的主配压阀 。(4）日后 ,在安装所有阀件、管 路之前应彻底清扫和检查流道。(5）安装过程中对已经进行过清扫的管路、阀件做好相应的防护处理:在具体安装过程中,施工企业、生产厂家、建设单位应全力配合,严格把控施工工艺和流程。

3.6转子圆度问题解决办法

(1）处理转子磁极,先将磁极吊出,对磁极的鸽尾、鸽尾槽进行修模,其目的是保证磁极的水平度和间隙均匀。(2）及时清理磁极上面残留的碎屑并重新安装 。(3）处理磁极键,根据磁极键的实际情况,待转子圆度测试合格后将多余的磁极键割掉 ,并于上部安装一个挡块。(4）固定磁极键 ,避免磁极键出现歪斜和上窜。(5）对转子圆度进行复合测试,并保证测试数据符合标准。

4 结语

水轮发电机组调试是一项十分重要的工作,在调试期间会遇到各种各样的问题,如振动故障、甩油/溢油或施工和设备制造等方面的问题,但不论是什么问题,都需要调试人员仔细观察,分析问题形成的原因,提出解决办法,避免安全事故的发生,这对保障水轮发电机组的安全运行和使用寿命具有重要的现实意义。