二灘水電站發電機制動器故障檢查及分析

肖玲

(雅礱江流域水電開發有限公司二灘水力發電廠，四川攀枝花 617100)

二灘水電站發電機制動器故障檢查及分析

肖玲

(雅礱江流域水電開發有限公司二灘水力發電廠，四川攀枝花 617100)

介紹了二灘水電站發電機制動器的原理和結構特點，針對制動器出現的典型故障，提出了行之有效的檢查方法并分析了故障產生的原因，為制動器的運行維護提出了建議。

發電機;制動器;故障檢查;原因分析;二灘水電站

1 概述

二灘水電站位于四川省攀枝花市米易縣和鹽邊縣境內的雅礱江下游河段，距攀枝花市46km，是雅礱江干流上開發的第一座水電站。二灘水電站是以發電為主的水電樞紐工程，水庫正常蓄水位高程1200m，總庫容58億m3，調節庫容34億m3，具有季調節能力。二灘水電站安裝6臺單機容量為55萬kW的水輪發電機組，總裝機容量為330萬kW，多年平均發電量170億kW·h。

二灘水電站首臺機于1998年8月投入運行，2000年工程竣工，累計發電量已超過2000億kW ·h，取得了巨大的經濟和社會效益。機組投產至今，在長達16a的運行和檢修期間，也出現了很多故障和缺陷，但經電廠技術人員的認真分析和處理，機組始終保持較好的運行穩定性和可靠性。筆者針對二灘水電站發電機制動器出現的故障進行了檢查分析，并提出了運行維護建議。

2 發電機組制動器結構原理

二灘水電站發電機型號為 SF550－42/ 12782，布置形式為立軸半傘式。水輪發電機組的制動采用機械制動方式，24個制動器分四組對稱安裝在下機架支腿上以±X、±Y四方向定位，各方向布置一組(6臺)制動器，內外側各布置3臺;制動環板分2排、共100塊，布置在發電機轉子下方，材質為Q235－A。另外，檢修時在發電機制動系統管道內部通高油壓，制動器還起到頂起裝置的作用，將水輪發電機組的轉動部分頂起并鎖錠，以方便對發電機推力瓦進行檢修維護等。

制動器結構如圖1所示。其為雙缸結構，電站按機組俯視順時針運行方向給每臺制動器缸體編號為#1、#2活塞缸，下部單向進氣、彈簧復位。在制動器活塞上設有一道組合式U型動密封，材料為丁氰橡膠，用于阻擋活塞下腔介質進入上腔。活塞缸底部設有一道O型靜密封，橡膠材料，用于防止活塞內的介質向外滲漏。活塞缸上部壓板內孔裝有銅制的抗磨環，銅環內裝有一個防塵圈，防塵圈由軟毛氈材料制成，用于防止外部粉塵等異物進入活塞上腔。在活塞缸的上部外側裝有一個呼吸器，活塞動作時，上腔的氣體經呼吸器排出、吸入，使活塞動作順暢。在活塞體上部裝有一個預壓緊的彈簧，活塞上移時，彈簧再次被壓縮儲能，活塞下腔撤壓后彈簧在回復力的作用下將活塞下壓。在閘瓦托板的對角位置安裝有兩個φ37 mm導向柱，其作用是在制動時限制閘板、彈簧等部件在制動摩擦傾覆力矩作用下的過度傾斜;并在制動器起落時引導其起落軌跡、調整活塞不同步時的偏差。活塞頂部的螺栓將閘瓦托板與其緊密聯結，使閘瓦隨活塞同步上下運動。制動器恢復下落的驅動力來自活塞自重、活塞頂部連接件的重量和受壓彈簧的回復力的聯合作用。

3 故障現象

2007～2008年，二灘水電站對6臺發電機組完成了一輪機組小修工作。2008年2月26日02∶43，在5號發電機組自動停機過程中，5號發電機組制動閘腔體氣壓無壓后，CCS扳制動器在“投入”位置;03∶17，CCS發“5號發電機組制動器位置下落”。09∶00，在停機狀態下將制動器投退1次，檢查發現－X、－Y、+Y方向側各有1個制動器未自動下落，2h后檢查－X、+Y方向側制動器已自動下落，－Y方向側制動器則仍未下落。遂在停機狀態下又將制動器投退1次，檢查發現+X、－Y方向側各有1個制動器未自動下落。將+X方向側未下落的制動器分解檢查并重新裝配后，在停機狀態下反復投退制動器，發現+ X方向側制動器下落正常，－Y方向側一個制動器始終不下落。

圖1 制動器裝配圖

4 對出現故障的制動器進行檢查

電廠技術人員對始終不下落的－Y方向外側的1個故障制動器進行了分解檢查和測量。

4．1 制動器零部件尺寸配合情況檢查

對制動器活塞和導向柱等零部件尺寸進行了測量，測量的尺寸包括:制動器活塞缸內徑、制動器活塞外徑、導向孔內徑、導向柱外徑，并以此計算活塞缸與活塞、導向孔與導向柱之間的配合總間隙。與4號、6號發電機組制動器的零部件(每臺機組抽樣2臺制動器共4個活塞、4個活塞缸)尺寸進行對比的結果見表1。

表1 活塞和導向柱零部件尺寸對比表 /mm

通過尺寸測量和對比發現:5號發電機組－Y方向外側故障制動器#2活塞缸與活塞之間的配合尺寸相對于其它機組制動器偏小，最小配合總間隙尺寸為0．12mm，單側間隙僅為0．06mm。由此可以判定，造成配合總間隙尺寸較小的原因是活塞外徑尺寸偏大。

4．2 彈簧性能測試情況

對該制動器的兩個彈簧與備品制動器的兩個彈簧進行了性能對比測試。

測試方法:選取試驗載荷三個級別:196N，392N，588N，在試驗臺上分別作用于四個彈簧，測量各自的壓縮進程和回彈回程位移量并進行位移量對比。

測試結果:相同試驗載荷下，四個彈簧壓縮進程和回彈回程位移量無顯著差異，說明四個彈簧力學性能基本一致。

4．3 其它檢查情況

在分解故障制動器后，發現配合總間隙尺寸較小，#2活塞缸有一處局部摩擦的痕跡較其它活塞缸略為明顯，其呈條塊形，痕跡表面略顯粗糙但未見毛刺;其它部位檢查未發現制動器托板有較大變形、活塞密封損壞、油缸內有機械雜質等異常情況。

5 故障原因分析

由于在檢修過程中，所有的機組均進行過制動器密封更換的工作，但制動器不能正常下落的缺陷卻集中出現在5號發電機組，通過對缺陷進行跟蹤和檢查，分析其產生的原因如下:

5．1 新換密封的影響

制動器活塞密封為組合式U型密封圈，U型口朝下安裝，當機組停機時，制動器下腔通壓縮氣體，頂起制動器閘瓦實施機組制動，同時氣壓將U型密封圈緊緊地壓在活塞缸壁上以保證不發生壓縮氣體泄漏。停機流程結束后，制動器氣壓撤除，活塞在預壓彈簧及自重的作用下克服各種摩擦阻力自動落下復位。一方面，由于未經過長時間運行磨損，新密封圈比舊密封圈外徑要大，自然增加了制動器活塞下落復位過程中的摩擦阻力;另一方面，由于密封圈在氣壓作用下，緊密貼在活塞缸壁上，將密封圈外圈表面與活塞缸內壁表面之間的氣體擠盡，此時會出現真空狀態，兩者結合得更加緊密而造成活塞下落復位開始時的初始摩擦阻力增大。

5．2 活塞缸與活塞配合間隙的影響

制動器制動時，制動器會承受較大的切向分力和一定的徑向分力的共同作用，制動器動作部分可以在導向孔和導向柱總間隙范圍內產生側向移動，且產生在兩個活塞和制動器活動支撐板構成的構架內可以承受的微量偏轉，但這種側向移動量和偏轉量都是微小的。活塞垂直方向圓弧型的設計不足以使活塞和活塞缸直接發生卡塞，但由于其配合間隙小，使得密封圈不僅受到更大的壓縮，而且在活塞微量偏轉時會產生兩側不對稱的、相對于密封圈更大的擠壓作用，因而產生出更大的摩擦阻力，該阻力增加了活塞下落復位時的初始摩擦阻力。

此次檢查發現的#2活塞缸有一處較為明顯的條塊形摩擦痕跡，正是因為其配合間隙小以及活塞缸內存有細小的雜質，在長期運行中的摩擦作用下產生的。

根據以上檢查結果和綜合分析可以得出以下結論:二灘水電站5號發電機組－Y方向外側制動器不能正常下落的原因是由于該制動器#2活塞內活塞與缸體的配合間隙較小，而且在更換新密封圈后摩擦阻力較大造成的。

5．3 處理措施

整體更換該制動器并檢查其間隙和密封配合情況。

6 對機組運行維護提出的建議

基于以上檢查分析和處理過程可以得出以下結論:更換發電機制動器前一定要仔細檢查，確保活塞和缸體之間的間隙符合要求;另外，在運行過程中，類似機構的制動器如果遭受過大切向力的作用，也會造成導向柱、彈簧、活塞的傾斜，會導致導向柱、彈簧變形，因此，一定要提高自動化元件的可靠性和控制邏輯的正確性，確保在規定轉速以下投入制動器;在機組檢修頂起轉子后，檢修人員習慣在制動器托板下部塞入鎖錠板以承受轉動部分的重量，這樣的支撐方式易造成托板的拱曲變形，該變形量的疊加也會造成活塞回落卡阻，因此，應當盡量避免這種操作。

(責任編輯:李燕輝)

成都院榮獲2014年電力行業質量獎

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TV7;TV738;TV734

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1001-2184(2015)01-0093-03

肖 玲(1977-)，女，湖北房縣人，工程師，從事水電站機械設備檢修維護工作．

2014-11-11