水輪機(jī)運(yùn)行中的故障處理探究

諶琪軍 劉忠

摘 要：就水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)而言，它是由各種機(jī)械部件組成的。水輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，會(huì)隨著水流的沖刷而旋轉(zhuǎn)，從而獲得發(fā)電機(jī)運(yùn)行所需的機(jī)械能。水電站是自動(dòng)運(yùn)行的，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)操作人員，采用遙控方式。由于汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到各種因素的影響，不可避免地會(huì)導(dǎo)致故障。這需要采取有效措施加以解決。本論文著重于研究水輪機(jī)運(yùn)行中的故障處理的相關(guān)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī);運(yùn)行;故障;處理

引言：

水電站中，水輪機(jī)發(fā)揮著重要的作用。水輪機(jī)要保證持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)，在運(yùn)行的過(guò)程中存在故障是在所難免的，這就需要針對(duì)故障采取有效的措施解決。故障問(wèn)題體現(xiàn)在剪斷銷(xiāo)剪斷的故障、機(jī)組過(guò)速的故障、水輪機(jī)空化與空蝕故障、軸承瓦溫異常升高故障以及出力不足故障，具有針對(duì)性地提出故障處理措施。

一、水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所存在的故障

（一）水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所存在的剪斷銷(xiāo)剪斷的故障

水輪機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程時(shí)，水壓沖擊力比較大，轉(zhuǎn)速非常高，會(huì)出現(xiàn)各種機(jī)械振動(dòng)的問(wèn)題，很有可能出現(xiàn)磨損的問(wèn)題。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和導(dǎo)葉曲柄臂之間有一個(gè)接頭，剪切銷(xiāo)可在該位置被切斷。導(dǎo)水葉片開(kāi)關(guān)的速度很快。隨著水流壓力的不斷增大，剪切銷(xiāo)將被切斷。與正常工作力相比，導(dǎo)葉的剪切力要大很多。當(dāng)剪切力超過(guò)操作力的兩倍的時(shí)候，操作上就無(wú)法控制[1]。作為堆芯的保護(hù)裝置，導(dǎo)葉在運(yùn)行的過(guò)程中，調(diào)速環(huán)隨曲柄臂轉(zhuǎn)動(dòng)，剪切銷(xiāo)需要承受的剪切力很大，容易造成各個(gè)部件的損壞，導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)故障。

（二）水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所存在的機(jī)組過(guò)速的故障

機(jī)組超速故障是指機(jī)組在正常啟停過(guò)程中，調(diào)速器將失去控制，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行速度迅速提高。如果機(jī)組運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)定值，旋轉(zhuǎn)部分的離心率就會(huì)增加，擺動(dòng)也會(huì)增加，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部分與固定部分相撞，導(dǎo)致斷開(kāi)。采用科學(xué)調(diào)查的方法對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行研究，可以看出，運(yùn)行速度超過(guò)40%。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)甩負(fù)荷的問(wèn)題。此時(shí)，導(dǎo)葉關(guān)閉速度太慢，不能正常發(fā)揮作用，汽輪機(jī)將發(fā)生故障。

（三）水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所存在的水輪機(jī)空化與空蝕故障

水輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生汽蝕或汽蝕現(xiàn)象。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的耐蝕性取決于轉(zhuǎn)輪表面的光滑程度和轉(zhuǎn)輪的活性細(xì)度。現(xiàn)在，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的加工將受到各種工藝的影響，包括水輪機(jī)所使用的材料、熱處理技術(shù)的性能和水平，以及運(yùn)行水質(zhì)環(huán)境的影響，這些都會(huì)導(dǎo)致故障問(wèn)題。當(dāng)轉(zhuǎn)輪處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，這些因素的影響將導(dǎo)致空化問(wèn)題、空化問(wèn)題，甚至斷裂失效。如果設(shè)備運(yùn)行過(guò)于頻繁且持續(xù)振動(dòng)，轉(zhuǎn)輪將開(kāi)裂，渦輪故障的概率將增加[2]。

（四）水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所存在的軸承瓦溫異常升高故障

在水輪機(jī)運(yùn)行中，各軸瓦溫升是一種常見(jiàn)故障。這種現(xiàn)象主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面。首先，當(dāng)冷卻水中斷或石灰迅速降低冷卻水壓力時(shí)，導(dǎo)軸承油溫會(huì)升高。造成這種現(xiàn)象的主要原因是冷卻水管堵塞或給水閥損壞;其次，如果潤(rùn)滑油不足以起到潤(rùn)滑作用，就不可能形成保護(hù)油膜，水輪機(jī)部件將采用巴氏合金軸瓦固定軸。如果出現(xiàn)漏油或甩油現(xiàn)象，是由于放油閥松動(dòng)或油槽密封不好，會(huì)導(dǎo)致漏油問(wèn)題[3];第三，如果潤(rùn)滑油變質(zhì)，導(dǎo)軸承可能漏水。此時(shí)潤(rùn)滑油將與水混合，潤(rùn)滑效果將大大降低。此時(shí)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中與軸瓦間的摩擦?xí)龃螅馆S瓦溫度迅速升高。

（五）水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所存在的出力不足故障

當(dāng)汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)出力不足的問(wèn)題時(shí)，如果導(dǎo)葉開(kāi)度和額定運(yùn)行轉(zhuǎn)速不恒定，將降低汽輪機(jī)的出力效果。在水流過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生各種雜物，造成水輪機(jī)內(nèi)部導(dǎo)水機(jī)構(gòu)卡死，無(wú)法有效運(yùn)行[4]。汽輪機(jī)相關(guān)設(shè)備未及時(shí)更新，設(shè)備老化，加上絕緣降低，使汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常運(yùn)行水平。水輪機(jī)機(jī)組不能處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，必然會(huì)降低工作效率，從而導(dǎo)致大量的資金損失和成本增加。

二、水輪機(jī)運(yùn)行故障的處理措施

（一）水輪機(jī)運(yùn)行中機(jī)組過(guò)速的處理措施

在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)機(jī)組缺少汽輪機(jī)下部閥門(mén)，應(yīng)關(guān)閉進(jìn)水閥。在啟停過(guò)程中，調(diào)速器不能起到很好的作用，剪切銷(xiāo)會(huì)被切斷，導(dǎo)致故障。此時(shí)，汽輪機(jī)下閥需要及時(shí)關(guān)閉。當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果突然失去負(fù)荷，則需要使用超速保護(hù)裝置來(lái)確定負(fù)荷情況，參見(jiàn)關(guān)閉汽輪機(jī)下部閥門(mén)，并手動(dòng)緊急停機(jī)[5]。

（二）水輪機(jī)運(yùn)行中軸承瓦溫度過(guò)高的處理措施

水輪機(jī)運(yùn)行中軸承瓦溫度過(guò)高，必然會(huì)導(dǎo)致故障。隨著溫度的升高，機(jī)組將出現(xiàn)擺幅過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)振動(dòng)變化也會(huì)過(guò)大。對(duì)于這些問(wèn)題，此時(shí)就需要及時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行，拆卸軸承，檢查軸承的表面是否存在問(wèn)題，檢查軸瓦間隙是否有損壞的問(wèn)題，詳細(xì)檢查油水的管道是否阻塞，檢查軸承的油位，并查看冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是否正常，還要了解測(cè)溫系統(tǒng)異常情況，考慮相互之間的關(guān)聯(lián)性。

一般來(lái)說(shuō)，溫升是逐漸的，擺度是在正常運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組的振動(dòng)也很正常。此時(shí)，并不需要停止機(jī)器，而是要檢查油位，檢查溫度測(cè)量系統(tǒng)是否有異常情況，檢查冷卻水流量和壓力是否存在異常狀況。如果在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法診斷出故障原因，則有必要采用停機(jī)的方法來(lái)檢查連續(xù)升溫的問(wèn)題，并采取有效的措施解決[6]。

（三）水輪機(jī)運(yùn)行中水輪機(jī)出力不足的處理措施

當(dāng)汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中處于滿負(fù)荷狀態(tài)的時(shí)候，就要對(duì)水輪機(jī)做好檢查工作，要檢查各個(gè)設(shè)備和部件是否存在負(fù)荷波動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，檢查汽輪機(jī)導(dǎo)葉是否有空化現(xiàn)象，并控制好導(dǎo)葉的角度，以免雜物堵塞汽輪機(jī)，影響汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。為了保證水輪機(jī)的良好運(yùn)行狀態(tài)，就需要及時(shí)清理攔污柵中的雜質(zhì)。這樣做是為了保證汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，大大降低了故障率。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)上面的研究可以明確，水電站所承擔(dān)的是發(fā)電工作所，其運(yùn)行狀態(tài)灌輸?shù)疆?dāng)?shù)氐碾娔軅鬏斮|(zhì)量。在水電站中，水輪機(jī)是核心設(shè)備，要使其保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，水輪機(jī)發(fā)揮著重要的作用。水輪機(jī)的運(yùn)行要穩(wěn)定，這是確保水電站安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。在水輪機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)生故障問(wèn)題是很正常的，需要具有針對(duì)性地采取有效的處理措施解決。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王紅曼， 黃莉， 羅遠(yuǎn)紅. 葛洲壩125MW機(jī)組增容改造水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 四川電力技術(shù)， 2017（06）：74-75.

[2] 季銳， 胡萍. 老撾南塔河1號(hào)水電站水輪機(jī)進(jìn)水閥動(dòng)水關(guān)閉試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作淺析[J]. 紅水河， 2019（03）：58-59.

[3] 劉小偉， 董鴻魁， 張思青， et al. 混流式水輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性區(qū)域檢測(cè)[J]. 能源研究與信息， 2019（02）：83-86.

[4] 馬玉葵， MAYukui. 向家壩右岸電站水輪機(jī)低水位運(yùn)行性能預(yù)測(cè)分析[J]. 水電與新能源， 2017（03）：23-27.

[5] 姜鐵良， 劉晶石. 某電站水輪機(jī)活塞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度分析與改進(jìn)[J]. 上海大中型電機(jī)， 2017（03）：24-26.

[6] 劉濤. 原型可逆式水泵水輪機(jī)在水輪機(jī)工況下壓力脈動(dòng)特性的試驗(yàn)研究及分析[D]. ?2017（02）：25-26.