試論水電廠水輪機(jī)檢修方式及能量問題

吳邦華

樂山電力股份公司峨眉山市分公司小楔頭電站

摘要：水輪發(fā)電機(jī)組的檢修是綜合性的系統(tǒng)工程。如前所述，目前我國水輪發(fā)電機(jī)組仍然主要采取定期預(yù)防維修制度，必須貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的基本方針。除了整舊如新、恢復(fù)機(jī)組性能外，還應(yīng)該逐步過渡到以提高機(jī)組的整體性能為主的改進(jìn)性檢修。本文將主要探討水電廠水輪機(jī)檢修方式及能量問題。

關(guān)鍵詞：水電廠；水輪機(jī)；檢修方式；能量問題

由于各水電站技術(shù)供水方式不同，有的水電站的技術(shù)供水可能會(huì)向正在進(jìn)行檢修中的蝸殼內(nèi)反供水，影響工作面的安全。因此，各水電站應(yīng)根據(jù)本電站的具體情況，隔離技術(shù)供水主、備用水源。對使用公共排水廊道排水的水電站，要確保其余機(jī)組的尾水排水閥在關(guān)閉狀態(tài)；多臺(tái)機(jī)組同時(shí)檢修排水時(shí)，還應(yīng)做好排水技術(shù)方案，防止水源從公共排水廊道進(jìn)入檢修機(jī)組造成人員傷亡或水淹廠房事故。對于有調(diào)相補(bǔ)氣或強(qiáng)迫尾水補(bǔ)氣系統(tǒng)的水電站，應(yīng)切斷氣源，防止因誤動(dòng)等原因出現(xiàn)壓縮空氣噴出對人身造成傷害的情況。水輪機(jī)內(nèi)的檢修作業(yè)工作面因涉及活動(dòng)導(dǎo)水葉，為了防止導(dǎo)葉突然轉(zhuǎn)動(dòng)，危及水輪機(jī)內(nèi)檢修作業(yè)人員安全，必須做好防止轉(zhuǎn)動(dòng)措施；機(jī)械方面要求壓力鋼管消壓、調(diào)速系統(tǒng)消壓（或關(guān)閉調(diào)速系統(tǒng)主供油閥切斷壓力源），并投入接力器鎖錠裝置；電氣方面必須切斷機(jī)組與系統(tǒng)的電氣連接，做好閉鎖措施，防止誤動(dòng)合閘，使機(jī)組旋轉(zhuǎn)造成傷害事件[1]。

一、水電廠水輪機(jī)檢修工程的組織和管理

水輪發(fā)電機(jī)組不論是單機(jī)運(yùn)行還是并網(wǎng)運(yùn)行，都需要穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。但是由于負(fù)荷的變化要保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速十分困難，轉(zhuǎn)速變化導(dǎo)致負(fù)荷的頻率變化，而頻率變化就會(huì)影響電能的質(zhì)量。并且如果轉(zhuǎn)速過大，對水輪機(jī)和零部件十分不利。要使頻率穩(wěn)定，機(jī)組的轉(zhuǎn)速就必須穩(wěn)定。但外界負(fù)荷不斷變化，要使機(jī)組輸出功率與外界負(fù)荷相適應(yīng)，就需隨著負(fù)荷變化隨時(shí)改變機(jī)組的輸出功率。機(jī)組的輸出功率決定于水輪機(jī)的進(jìn)水流量，水輪機(jī)的流量又決定于水輪機(jī)的導(dǎo)葉開度，那么，只有隨著負(fù)荷變化及時(shí)改變水輪機(jī)的導(dǎo)葉開度，才能保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，完成這個(gè)任務(wù)的設(shè)備就是調(diào)速器。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷突然減少或因事故使發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘時(shí)，水輪機(jī)的輸出功率將大大超過發(fā)電機(jī)的電磁力，使機(jī)組轉(zhuǎn)速大大升高，不及時(shí)關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉，將使機(jī)組的機(jī)件因過速而損壞。關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉，也由調(diào)速器操作完成，保證了機(jī)組的安全，防止出現(xiàn)飛車事故。當(dāng)接到上級命令需要改變出力或在汛期及枯水期出力變化時(shí)，也由操作調(diào)速器完成[2]。

二、水電廠水輪機(jī)存在的主要故障

水輪機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間之后，總會(huì)產(chǎn)生一定的空蝕、葉片裂紋等常規(guī)或非常規(guī)的破壞，只是破壞程度不同而已。有的較輕微，甚至十年、二十年不用檢修；有的兩三年內(nèi)即須檢修，尤其是多泥沙河流，水輪機(jī)過流部件磨蝕嚴(yán)重，甚至表面出現(xiàn)溝槽、掉塊等惡劣現(xiàn)象，亟須檢修維護(hù)。改善轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計(jì)與制造精度，是從源頭上防止空蝕發(fā)生最有效的辦法。

首先，在水電設(shè)計(jì)中，要留有足夠的空蝕安全裕量。準(zhǔn)確地計(jì)算水輪機(jī)吸出高度H。與辯證地確定水輪機(jī)安裝高程，不要過于計(jì)較開挖費(fèi)用，要盡量讓水輪機(jī)運(yùn)行在無空化條件下，至少要在空蝕輕微的環(huán)境內(nèi)運(yùn)行。

其次，在電站運(yùn)行中，不要過于追求發(fā)電量而使水輪機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，這會(huì)使水輪機(jī)發(fā)生空蝕的可能性增加。

機(jī)組設(shè)備破壞嚴(yán)重時(shí)，機(jī)組須大修或擴(kuò)修，機(jī)組停運(yùn)時(shí)間較長，機(jī)組部件須吊出機(jī)坑處理；而破壞較輕時(shí)，就停機(jī)后在機(jī)坑內(nèi)檢修（稱之小修）。只要是檢修工作（安裝亦如此），都須進(jìn)行電焊作業(yè)，電焊條用量甚至超過幾t。大量的電焊工作會(huì)給作業(yè)人員帶來各種危害。

三、水電廠水輪機(jī)的檢修具體措施

水輪機(jī)的運(yùn)行可靠性，不但與運(yùn)行水平有關(guān)，而且與檢修工作有密切關(guān)系。如果缺乏必要的檢修工作或檢修質(zhì)量不高，設(shè)備隱患不能及時(shí)徹底排除，將成為運(yùn)行中發(fā)生事故的主要原因。而重要事故可能導(dǎo)致某些主要部件完全損壞，使水輪機(jī)無法運(yùn)行，進(jìn)而影響整個(gè)水電站的正常運(yùn)行。水輪機(jī)的檢修可分為事故性檢修和預(yù)防性檢修。事故性檢修是指水輪機(jī)突然發(fā)生故障時(shí)，為及時(shí)消除故障，盡快使水輪機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行，而進(jìn)行的臨時(shí)性檢修。事故檢修是不可預(yù)計(jì)的，但也需制訂具體的檢修方案或檢修規(guī)程。預(yù)防性檢修是定期進(jìn)行的檢修，包括小修和大修，具體如下：、

（一）水輪機(jī)的小修

水輪機(jī)小修項(xiàng)目，除了日常維護(hù)以外，還包括局部零件的拆開、修復(fù)和更換易損零件及附屬設(shè)備。工作量不大，花費(fèi)的時(shí)間也不多。小修基本是半年一次，一般安排在汛期的前后，不影響汛期發(fā)電。

（二）水輪機(jī)的大修

水輪機(jī)的大修是指有計(jì)劃地、較全面地檢查、修理運(yùn)行中出現(xiàn)的日常維護(hù)和小修無法消除的設(shè)備缺陷，對水輪機(jī)各部分的結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)進(jìn)行全面的檢查調(diào)整。大修的周期，廠家說明書上有規(guī)定，一般2-3年。當(dāng)然，如果運(yùn)行情況表明水輪機(jī)沒有發(fā)生明顯異常現(xiàn)象，又可預(yù)計(jì)在以后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)仍能可靠運(yùn)行，則可延長大修周期。事實(shí)上盲目地按規(guī)定在檢修中拆卸運(yùn)行良好的設(shè)備部件或機(jī)構(gòu)，只會(huì)惡化設(shè)備的運(yùn)行性能。為了不因棄水而造成電能損失，大修應(yīng)安排在枯水期[3]。

水輪機(jī)各部分最易損壞的是水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪，所以，轉(zhuǎn)輪的檢修是水輪機(jī)大修的主要項(xiàng)目。其次是水輪機(jī)的各部軸承，然后還有其他一些項(xiàng)目。

（1）轉(zhuǎn)輪的大修。轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)的核心，是實(shí)現(xiàn)水流能量轉(zhuǎn)換的工作部件，轉(zhuǎn)輪的性能對水輪機(jī)的性能起著決定性作用。影響轉(zhuǎn)輪壽命的因素通常有三個(gè)：一是轉(zhuǎn)輪葉片背弧面，靠近出水處，容易因氣蝕而被破壞；二是轉(zhuǎn)輪的迷宮處容易磨損；三是轉(zhuǎn)輪葉片可能被硬物碰壞。大修時(shí)的處理辦法是：1）如果轉(zhuǎn)輪的迷宮處磨損，如其磨損量較少，可用不銹鋼電焊條進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)。但如果安裝時(shí)加以注意，迷宮一般是不會(huì)磨損的。2）當(dāng)受硬物的碰撞，使得葉片變形時(shí)，應(yīng)進(jìn)行校正，使其恢復(fù)原來的曲面形狀。3）對轉(zhuǎn)輪威脅最大的還是氣蝕的影響。前面我們了解氣蝕的產(chǎn)生及影響和防止措施。但無論什么方法都無法阻止氣蝕的產(chǎn)生，而只能減緩氣蝕的速度或是減輕氣蝕的程度。產(chǎn)生氣蝕之后，對于針孔狀的氣蝕，只要其針孔沒有連成片，可用紫銅絲打人針孔，銼光即可。嚴(yán)重的氣蝕必須進(jìn)行補(bǔ)焊，一般不能到氣蝕嚴(yán)重之后再補(bǔ)。

（三）保障措施

就一般情況而言，主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

1.檢修計(jì)劃應(yīng)明確。檢修的計(jì)劃性一方面表現(xiàn)為要預(yù)定檢修周期和檢修類型，另一方面還表現(xiàn)在每一次檢修都應(yīng)有相應(yīng)的計(jì)劃。檢修計(jì)劃的主要內(nèi)容如下：（1）明確的目的和任務(wù)。根據(jù)檢修周期和機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的情況，確定本次檢修的目的和主要任務(wù)。一般來說，在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量減少對零部件的拆、裝。由于每一次拆、裝都有可能損壞零部件，因此對原來正常工作的部分就沒有必要拆卸。（2）合理安排人員、時(shí)間和進(jìn)度。應(yīng)根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，并參照類似水電廠的情況，擬定檢修時(shí)需要的人員、時(shí)間和進(jìn)度。（3）準(zhǔn)備必要的材料、設(shè)備及經(jīng)費(fèi)。（4）統(tǒng)一調(diào)度和管理，準(zhǔn)備檢修記錄的表格等[4]。

2.嚴(yán)格按規(guī)程、規(guī)范進(jìn)行檢修，并確保質(zhì)量各水電廠可根據(jù)本廠機(jī)組的具體情況，參照國家、部頒有關(guān)水輪發(fā)電機(jī)組檢修規(guī)程，編制相應(yīng)的檢修規(guī)程，并嚴(yán)格執(zhí)行，以確保檢修質(zhì)量。

3.檢修過程和結(jié)果均應(yīng)有完整的文字記錄，并做好總結(jié)

檢修過程及結(jié)果的記錄，是機(jī)組重要的技術(shù)檔案，對了解機(jī)組的歷史和技術(shù)狀況，預(yù)測其運(yùn)行情況，以及下次檢修均具有重要的參考價(jià)值。

結(jié)論

水輪發(fā)電機(jī)組的檢修是綜合性的系統(tǒng)工程，應(yīng)精心組織、精心安排。安排機(jī)組檢修時(shí)，應(yīng)有明確的目的和檢修內(nèi)容，并對檢修過程進(jìn)行有效組織和管理。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉時(shí)貴，權(quán)君宗，謝俊.水輪機(jī)檢修密封控制技術(shù)探討[J].東方電機(jī)，2014，03：11-13.

[4]毛偉.混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪磨蝕處理與防護(hù)[J].廣東科技，2013，06：61-62.