淺析水輪機(jī)運(yùn)行中的故障分析及處理措施

張文明

（四川省南充市馬回電力股份有限公司，四川 南充 637000）

水輪機(jī)調(diào)速器因受到生產(chǎn)廠商的設(shè)計(jì)缺陷以及現(xiàn)場的運(yùn)行環(huán)境等多種因素的作用，其在運(yùn)行過程中，會相繼發(fā)生機(jī)械液壓系統(tǒng)抽動，這樣不僅對水輪機(jī)調(diào)速器的穩(wěn)定性能產(chǎn)生影響，也會對設(shè)備的使用年限造成一定的影響。該抽動故障的性質(zhì)為偶發(fā)性，即使經(jīng)過多次處理，還是無法對其進(jìn)行有效根除，使得設(shè)備存在著較大的安全隱患。故水輪機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)消除和防止產(chǎn)生的偶發(fā)性抽動關(guān)鍵所在，是通過水輪機(jī)調(diào)速器本身的相關(guān)性能加以完善，并優(yōu)化其運(yùn)行環(huán)境，而且注意在對水輪機(jī)調(diào)速器，各種軟硬件進(jìn)行完善和合理調(diào)整的同時，為滿足電網(wǎng)要求，其必須要達(dá)到國家規(guī)定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

一、水輪機(jī)調(diào)速器在運(yùn)行中的故障

水電站水輪機(jī)調(diào)速器在投運(yùn)一段時間后，液壓系統(tǒng)就會呈現(xiàn)出循環(huán)性、周期性和機(jī)械性的抽動現(xiàn)象，致使水輪機(jī)調(diào)速器的主閥和引導(dǎo)閥，產(chǎn)生不同幅度和頻率的抽動，從而進(jìn)一步影響到水輪機(jī)調(diào)速器在投入運(yùn)行后安全穩(wěn)定運(yùn)行。水輪機(jī)調(diào)速器在運(yùn)行過程中，對水電站水輪機(jī)進(jìn)行安裝和改造時，水輪機(jī)調(diào)速器抽動也是常見故障。若故障沒有進(jìn)行及時處理，則整個水輪機(jī)調(diào)速器就因機(jī)械振動造成損壞，設(shè)備出現(xiàn)的功能障礙，這樣調(diào)速器就很難發(fā)揮出對水輪機(jī)機(jī)組起到調(diào)整和限定的作用，將會對水電站電力系統(tǒng)釀成很大的安全隱患。

二、水輪機(jī)調(diào)速器運(yùn)行中故障發(fā)生的原因

水輪機(jī)調(diào)速器通常采用內(nèi)環(huán)控制體系，對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，利用主配壓閥閥芯位移傳感器，將采集到的主配壓閥活塞的位置信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換的電子信號來對水輪機(jī)調(diào)速器的工作轉(zhuǎn)臺進(jìn)行相關(guān)反饋和最終確定。水輪機(jī)調(diào)速器所處的運(yùn)行環(huán)境，主要是以不調(diào)節(jié)的平衡工況為背景，又因調(diào)速器主閥閥芯位移傳感器的電阻軌的材質(zhì)多為導(dǎo)電塑料，經(jīng)過長時間的運(yùn)行，很容易對其造成磨損，引起主閥閥芯傳感器觸電接觸不良，進(jìn)而會使主閥閥芯在平衡點(diǎn)處隨機(jī)的上下抽動的頻率加大，導(dǎo)致機(jī)械液壓系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生抽動故障，從而制約著整個水輪機(jī)機(jī)組的運(yùn)行。除上述原因，水輪機(jī)導(dǎo)葉反饋發(fā)出信號的波動頻率較大，也是引起水輪機(jī)調(diào)節(jié)器在運(yùn)行中產(chǎn)生故障的原因。導(dǎo)葉反饋會隨著振動頻率的變化而發(fā)生一定的變化，在這種變化下控制系統(tǒng)沒有辦法對信息進(jìn)行收集，進(jìn)而很難掌握內(nèi)部的振動情況，從而增加了對抽動現(xiàn)象進(jìn)行及時有效控制的難度，這就會使得主配壓閥產(chǎn)生抽動現(xiàn)象，是使水輪機(jī)調(diào)速器發(fā)生故障的主要原因。給水輪機(jī)機(jī)組器的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。

三、軸承瓦溫異常升高故障及其處理措施

軸承瓦溫溫度異常升高，是水輪機(jī)常見故障之一，經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)以下原因會引起這一故障：①在水輪機(jī)運(yùn)行過程中，冷卻水管堵塞或供水閥門損壞，使得冷卻水中斷，或者冷卻水壓降低，導(dǎo)致軸承油溫上升，軸瓦溫度過高;②水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸通常用巴氏合金軸瓦來固定，二者接觸部位需要充足的潤滑油，形成油膜，確保機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)排油的閥門松散或油槽密封性不好時，會出現(xiàn)漏油與甩油的情況，潤滑油不足以形成油膜，機(jī)械之間摩擦力過大，導(dǎo)致軸承瓦溫異常升高;③機(jī)組冷卻器漏水，大量的水混入潤滑油中，會使得潤滑油變質(zhì)，潤滑效果不佳，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時與軸瓦的摩擦力增大，軸瓦溫度異常升高。在發(fā)現(xiàn)軸承瓦溫異常升高時，水輪機(jī)維修人員應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況采取對癥措施：①當(dāng)軸承瓦溫異常升高，升溫速度極快，同時擺度與機(jī)組振動變化幅度較大時，應(yīng)當(dāng)緊急停機(jī)，再將軸承拆開，查看軸頸面與軸承瓦有無毀壞，再進(jìn)一步排查油水管路、冷卻水系統(tǒng)、軸承油位、測溫系統(tǒng)是否發(fā)生故障;②若軸承瓦溫異常緩慢升高，且擺度與機(jī)組振動運(yùn)轉(zhuǎn)正常，那么可以在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，檢查機(jī)組油位、測溫系統(tǒng)、冷卻水流量、冷卻水壓是否正常，查明故障原因進(jìn)行維修，若短時間內(nèi)無法排除故障，而軸承瓦溫持續(xù)升高，就需要停機(jī)檢查。

四、轉(zhuǎn)輪故障及其處理措施

轉(zhuǎn)輪作為水輪機(jī)的重要零件，在運(yùn)行過程中，常發(fā)生空蝕、斷裂這兩類故障。轉(zhuǎn)輪的抗蝕性與其表面光滑度、組織細(xì)密度成正比，如若轉(zhuǎn)輪材質(zhì)、加工工藝、熱處理工藝不合理，將引發(fā)空蝕故障，同時，還會伴隨著裂紋現(xiàn)象。在轉(zhuǎn)輪運(yùn)行過程中，為了保證零件正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要進(jìn)行堆焊和補(bǔ)焊，以水斗式水輪機(jī)為例，在這一過程中，轉(zhuǎn)輪重心發(fā)生偏移，再加上水斗空蝕程度的差異性，會產(chǎn)生不平衡的力量，導(dǎo)致水斗上分水刃與射流中心產(chǎn)生偏差，引起轉(zhuǎn)輪振動，出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致斷裂。針對轉(zhuǎn)輪空蝕、斷裂故障，維修人員可應(yīng)用碳弧氣刨，刮凈設(shè)備上的汽蝕，磨掉高點(diǎn)，再應(yīng)用氧乙炔焰預(yù)熱至200℃進(jìn)行焊接，將設(shè)備空蝕區(qū)以分水刃為界限分層堆焊，先上部后下部，每層熔敷厚度控制為2mm至3mm。在焊接時，應(yīng)該全面檢查葉型，應(yīng)用模板進(jìn)行校對、修正，從而提升轉(zhuǎn)輪的抗蝕性能。

總之，水電站是我國電力能源生產(chǎn)的主要站點(diǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前水電站已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行，現(xiàn)場無需人工控制，借助計(jì)算機(jī)等進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控即可。這樣的運(yùn)行管理模式，可大大提升水電站生產(chǎn)效率，但要想保障水電站的正常運(yùn)作，就必須加強(qiáng)對于水輪機(jī)等關(guān)鍵性設(shè)備的管控，以設(shè)備正常運(yùn)行來保障水電站的正常生產(chǎn)運(yùn)營。水輪機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會受到各種因素的干擾而發(fā)生故障，需要加強(qiáng)運(yùn)行管理，借助電子儀表等進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測，做好日常維護(hù)工作，在低負(fù)荷停機(jī)或枯水季節(jié)統(tǒng)一檢修，總結(jié)水輪機(jī)故障案例，進(jìn)行常見故障分析，提出可行處理措施，提升故障解決效率。