柴河水庫發(fā)電廠一號機組技術(shù)改造分析

傅守權(quán)

（遼寧省柴河水庫管理局發(fā)電廠，鐵嶺 112000）

柴河水庫發(fā)電廠是水庫主體工程的重要組成部分，為壩后式電站。電廠現(xiàn)有三臺機組，總裝機容量為7030kW，設(shè)計年發(fā)電量1600萬kWh，其中一號機組為立式機組，裝機容量3200kW，發(fā)電設(shè)計水頭為30.5m，最大水頭43m，最小水頭24.4m，發(fā)電設(shè)計流量12.6m3/S，水輪機型號為HL240-LJ-140，發(fā)電機型號為TS325/36-20。一號機組于1976年投產(chǎn)發(fā)電，2005年10月柴河水庫發(fā)電廠對該機組進行了一次擴大性大修，即將水輪發(fā)電機組全部解體，吊出發(fā)電機轉(zhuǎn)子的大修方案。在此過程中，對該臺機組進行了推力瓦的改造、主軸密封的改造以及對勵磁機的整流子和轉(zhuǎn)子滑環(huán)電刷鍍的處理。

1 機組改造內(nèi)容

依據(jù)中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會2002年發(fā)布的 《立式水輪發(fā)電機組檢修技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，水輪發(fā)電機大修間隔應(yīng)該在3～6年。柴河水庫發(fā)電廠一號機組大修間隔已經(jīng)達到11年，在這期間的運行中，該臺機組出現(xiàn)過主軸密封漏水、分塊推力瓦瓦溫偏差較大 （瓦溫最高與最低值相差12℃），勵磁機碳刷火花等級偏高等情況。根據(jù)對該臺機組的運行狀況分析，柴河水庫發(fā)電廠相關(guān)技術(shù)人員制定了詳細的機組擴大性大修 （吊轉(zhuǎn)子）計劃，對機組不良工況進行維修及改造。

1.1 推力瓦的改造

推力軸承是立式機組主要承重部件，既承擔轉(zhuǎn)子的重量又承擔軸向的水推力，其中推力瓦是推力軸承的重要部件，是整個水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部分和固定部件的摩擦面。本臺機組原采用巴氏合金推力瓦，又稱鎢金瓦，瓦面材料采用鉛基合金制成，允許運行溫度不超過65℃，分塊瓦溫差不允許超過8℃，但在運行過程中一直存在分塊瓦溫差較大的情況 （最大溫差12℃），所以對推力瓦重新刮瓦及鏡板的研磨是本次擴大性大修過程中極為關(guān)鍵的技術(shù)。

拆卸下分塊推力瓦之后，首先對各瓦面進行了細致的檢查，發(fā)現(xiàn)部分瓦面局部有硬點，無坑孔及脫殼狀況。在對鏡板的檢查中發(fā)現(xiàn)鏡板表面粗糙度等級較低，達不到 《立式水輪發(fā)電機組檢修規(guī)程》規(guī)定的鏡板工作面的粗糙度不大于Ra0.4這一要求，并且表面有劃痕。為了解決問題，檢修人員首先用鏡板研磨機研磨鏡板，在調(diào)整好鏡板的水平和中心之后，將研磨平板包上厚度為2mm的細毛氈，并在外面包上工業(yè)用呢(ní)， 拋光材料采用了 M10的氧化鉻 （Cr2O3）研磨膏。在對鏡板的刮研過程中，首先剔出推力瓦瓦面硬點，重新對推力瓦中部挖低，刮削進油邊，并在表面挑花，刀花面積控制在0.2cm2左右，刀花深度不超過0.03mm。

在進行了上述檢修工作之后，鏡板表面粗糙度達到了▽9這一數(shù)值。技術(shù)人員開始安裝調(diào)試，首先是經(jīng)過盤車確認推力瓦瓦面接觸情況，然后通過人工錘擊法調(diào)整分塊瓦的受力情況。在經(jīng)過細致的監(jiān)測之后，起機試運，推力瓦溫度在15分鐘之內(nèi)迅速升高到65℃，當運行人員緊急停機之后檢查推力瓦及鏡板，發(fā)現(xiàn)部分瓦面有燒損的狀況，而且鏡板的表面劃痕也再次出現(xiàn)。針對這一問題，仔細分析檢修記錄，確認機組垂直度及打受力情況符合規(guī)程要求，機組冷卻方式及油質(zhì)并無異常。經(jīng)過細致的排查原因后，最終確定瓦溫快速升高并燒瓦的原因是鏡板表面硬度達不到要求以及機組軸電流異常造成的。

確定了問題的真正原因后，采用了重新鍛造鏡板并更換彈性塑料瓦的方法。按照JB/T7023-2002《水輪發(fā)電機鏡板鍛件技術(shù)條件》要求，鍛造了新的鏡板，由大連三環(huán)復合材料技術(shù)開發(fā)有限公司提供的FZB03—T型推力瓦。安裝過程中，由于新設(shè)備與原部件尺寸結(jié)構(gòu)相同，不需要做任何改動。改造之后，經(jīng)過72小時試運轉(zhuǎn)，推力瓦溫度保持在44℃到46℃之間，試運行一切正常。機組正常運行一年之后，檢修人員檢查了推力瓦瓦面的磨損情況，未出現(xiàn)異常。

1.2 主軸密封的改造

該臺機組原采用端面尼龍主軸密封，這種主軸密封方式在平日運行中封水效果較差，極易造成水導油槽進水甩油，而且耐久性差。運行中易出現(xiàn)因彈簧原因造成尼龍滑塊封水效果差，也會出現(xiàn)由于尼龍滑塊自身磨損造成主軸密封漏水。在此次大修之前，曾出現(xiàn)過主軸密封漏水故障，更換了備用尼龍滑塊后漏水量比較大，封水效果不好。該臺機組運行時，廠內(nèi)集水井水泵啟動頻繁。

在此次大修過程中，將主軸密封方式改造為橡膠活塞式主軸密封。這種密封裝置，采取了可調(diào)節(jié)水壓的環(huán)形活塞端面密封方式，環(huán)形活塞端面密封方式的環(huán)形活塞為耐油耐磨橡膠，利用壓力水在活塞上、下腔形成水壓差，使橡膠活塞與在主軸法蘭上的不銹鋼抗磨板形成端面密封，橡膠活塞可軸向移動，保持與抗磨板的表面貼合。橡膠活塞表面可以通過調(diào)整水壓注入潤滑水，降低活塞表面磨損，而均衡的水壓也能保證密封效果。這種密封方式安裝簡易，在原密封方式的基礎(chǔ)上改造起來極為方便。在運行兩年后，技術(shù)人員對橡膠活塞進行了檢查，磨損量很小。

1.3 勵磁機整流子的電鍍處理

一號機組采用的是直流勵磁機勵磁方式，這種勵磁方式，具備簡單可靠、不受電網(wǎng)影響等優(yōu)點。但長期運行過程中，該臺勵磁機整流子表面由于不均勻的磨損而出現(xiàn)溝痕，并伴有電刷火花等級加大的情況，磨損逐年加劇并且表面極其不平整，縮短了勵磁機使用壽命。而且處理電刷火花等級必須停機處理，對發(fā)電生產(chǎn)也造成了不利影響。

為了解決一號機組勵磁機整流子表面不平整及磨損加劇的問題，決定將拆卸下來的勵磁機運送到有勵磁機電刷鍍工業(yè)化應(yīng)用的廠家，對整流子及轉(zhuǎn)子滑環(huán)進行電刷鍍，修復整流子表面磨損，并提高其耐磨性。在電刷鍍之前，首先對整流子采用了車削的方式進行了機械處理，在車削之后，清除溝槽內(nèi)的廢屑，并對整流片進行倒角。以上工序完成后，對整流子表面電鍍了鎳鎢銻合金，鍍層光亮均勻，各項絕緣性能及電氣性能均滿足技術(shù)要求，保證了整流子導電性能的同時也提高了表面硬度。在改造之后的四年運行生產(chǎn)實踐中，整流子表面磨損的問題得到解決，電刷火花等級也能維持在0～1級之間。

2 改造效果評價

2.1 運行效果評價

（1）推力瓦改造效果評價

從表1可看出，在改造前后，推力瓦瓦溫下降明顯。改造之前，雖然未曾出現(xiàn)燒瓦事故，但機組在夏季高溫期間運行，處于接近機組軸承溫度升高的報警溫度值60℃，長期運行，存在隱患。改造之后的推力瓦溫度較低，而且分塊瓦溫差極小。同時，彈性塑料推力瓦與巴氏合金瓦相比還具有較多技術(shù)優(yōu)勢，使得柴河水電廠的檢修運行工作量都得到減少，還提高了機組試用壽命，具體對比情況見表2。

表1 推力瓦溫度對比表

表2 巴氏合金瓦與彈性塑料推力瓦特性對比表

（2）主軸密封改造效果評價

由表3可以看出，改造之后的主軸密封方式封水效果較好。由于主軸密封止水面漏水造成的頂蓋積水由頂蓋排水系統(tǒng)排放至廠房集水井內(nèi)，所以頂蓋排水量的減少，避免了集水井水泵的頻繁啟動，減少了廠用電量，也提高了設(shè)備使用壽命。

表3 主軸密封改造前后漏水量對比表

（3）勵磁機整流子處理效果分析

由表4可以看出，在對勵磁機整流子及轉(zhuǎn)子滑環(huán)進行電刷鍍的處理之后，大大減少了更換機組碳刷的個數(shù)，碳刷的火花等級也明顯降低。在近年的運行過程中，沒有出現(xiàn)因碳刷火花等級加大而造成的需停機處理的狀況，機組的運行效率得到了很大的提高了。

表4 勵磁機處理前后數(shù)據(jù)對比表

2.2 經(jīng)濟評價

柴河水庫電站一號機組三項改造項目中，鍛造鏡板投入1.2萬元，更換彈性塑料推力瓦投入1.6萬元，更換主軸密封裝置投入1.8萬元，勵磁機整流子電刷鍍投入0.7萬元，總計投入資金5.3萬元。在確保改造方案可靠的前提下，資金投入較少，而且改造之后的經(jīng)濟收益顯著。改造之后，電站減少了運行維護的生產(chǎn)成本，其中，每年節(jié)省廠用電支出1.5萬元，節(jié)省維護更換碳刷等維護費用0.5萬元。

3 結(jié)論

柴河水庫發(fā)電廠一號機組的三項技術(shù)改造中通過彈性塑料推力瓦這種新材料的應(yīng)用、環(huán)形橡膠活塞主軸密封的新技術(shù)的應(yīng)用、電刷鍍這一新工藝在勵磁機整流子上的應(yīng)用，解決了電廠重要設(shè)備的缺陷及運行過程中積累的一些問題，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了本臺機組的安全運行水平，是一次成功的技改，對其它電站機組技改具有一定的參考意義。

[1]劉云.水輪發(fā)電機故障處理與檢修[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[2]單文培.水電站機電設(shè)備的安裝、運行與檢修[M].北京：中國水利水電出版社,2005.

[3]立式水輪發(fā)電機彈性金屬塑料推力軸瓦技術(shù)條件[S].北京：中國電力出版社,1995.