一起水輪發電機組水導瓦溫異常分析與處理

余義華

（新疆下坂地水利樞紐工程建設管理局，新疆 喀什 844000）

0 前言

下坂地水力發電廠地處高寒、高海拔山區，電廠裝設3臺額定輸出功率50 MW、額定轉速428.6 r/min立軸混流式水輪機，最大凈水頭214.8 m，最小凈水頭155.76 m，水輪機額定水頭190 m，水輪機配套自動化檢測元件、液壓元件、監測儀表、電氣控制元件、保護裝置。極端最低氣溫-39.1 ℃，建庫前天然河道實測最大含砂量16.8 kg/m3，河水水質pH值7.8，總硬度3.05，廠房發電機層海拔高程2 747.3 m，地震基本烈度8度，電氣主接線采用發—變組單元接線接入南疆電網。

1 水輪發電機組運行工況

下坂地水力發電廠2010年并入新疆主電網運行,水輪機整體設計圖見圖1。

導軸承采用稀油潤滑筒式軸承，其結構可靠，便于主軸密封檢修。在導軸承運行時，保證不漏油、不甩油。導軸承能安全承受機組從最大飛逸轉速慣性滑行直至停機的全部過程。潤滑油采用L-TSA-46（GB11120）汽輪機油，導軸承軸瓦采用巴氏合金材料，導軸瓦在工廠研刮、裝配檢查。油箱上裝配目測油位計和油位信號計,軸瓦內設有測溫裝置，油槽底部設油混水信號器。

冷卻器在出廠前進行耐水壓試驗，額定工作壓力0.3 MPa，試驗壓力為0.6 MPa。為有效防止冷卻水進入油潤滑系統、油箱，導軸承油箱還設有油混水報警信號裝置，當油中含有一定比例的水分時發出報警信號。在連續運轉條件下，冷卻水最高溫度28 ℃時，軸瓦的最高溫度應不超過65 ℃。軸承的冷卻器管采用紫銅管材料。

2 水導溫度異常故障原因分析

水輪發電機采用立軸懸式結構，推力軸承置于上導軸承上方，分別布置推力軸承、上導軸承、下導軸承、水導軸承。2010年投入運行以來，水輪機水導瓦溫基本穩定在52 ℃，2023年9月上旬，水導瓦溫52.4~54.3 ℃。2023年9月中旬機組水導瓦溫由43.3℃→38.7℃→36.2℃→24.1℃，最低較正常運行低30℃。水輪機室檢查發現主軸密封處水流呈噴射狀態，復核監控系統[1]發現頻繁報機組水導軸承油混水Ⅰ限、機組水導軸承油混水Ⅱ限。機組停機檢查水導油盆內油質乳化嚴重，液位變送器顯示油位較正常高近20 cm。

經核查水導軸承結構如圖2所示。

圖2 機組水導軸承結構

主軸密封上方噴射水流垂直向上順著水輪機主軸內壁進入水導油盆。在水導軸承下方，設置了無接觸的泵板工作密封和空氣圍帶檢修密封。主軸設有一套充氣圍帶式檢修密封，以便在水壓下更換主軸密封，充氣圍帶有壓縮空氣管接頭，其充氣壓力為0.5~0.8 MPa，試驗壓力為1.2 MPa。

主軸密封結構圖如圖3所示。

圖3 主軸密封結構圖

從水車室檢查情況看，主軸密封磨損嚴重，導致密封漏水嚴重。

3 水導瓦溫異常處理

故障查清后，更換受損嚴重的主軸密封。高水頭機組尾水位高，機組吸出高程-6.5 m，關閉蝶閥，落機組檢修尾閘，解體水導油盆、主軸密封，更換受損的主軸密封，清理水導油盆、水導軸瓦。水輪發電機組主軸自由狀態下，機組推中確定水導瓦抱瓦間隙。回裝水導油盆、加油，更換水導油位變送器、油混水信號器。頂轉子后開機檢查各導瓦監測數據，比對無誤后投入系統運行正常。

4 水輪發電機結構改進

考慮到空氣圍帶磨損及空氣圍帶運行工況，經分析，為避免類似事故的再次發生，擬采取措施阻斷可能的水流進入水導油盆[2]。結合設備結構，在主軸密封與水導油盆之間裝設擋水環，固定于水輪機主軸上，加工件擋水環結構如圖4所示。

圖4 加工件擋水環

停機狀態下，3臺機組均加裝了擋水環。從改進后的運行效果看，完全可以滿足運行需要[3]。在核查頂蓋排水的過程中，檢查發現頂蓋排水集水井段管路銹蝕較為嚴重，為避免發生管路銹蝕導致的機組頂蓋排水進入集水井事宜的發生。關閉蝶閥，采取手工除銹方式清理鋼管表面銹蝕，瀝青防腐處理。表面清理完成后，采用鋼筋混凝土立柱支撐，橫梁鋼筋混凝土柱包裹銹蝕的管路消除設備隱患，避免頂蓋排水管路破裂水淹廠房事宜的發生。

5 水導瓦溫異常暴露的問題分析

機組運行過程中保障計算機監控系統語音報警系統正常、可靠工作[4]，加強異常變化如油混水信號、集水井水位不正常升高、各部瓦溫告警、冷卻水壓力等信號的觀測，及時排除設備隱患及缺陷[5]。運行過程中對轉動部位加強觀測，特別是水車室主軸密封漏水情況的觀測，機組檢修時定期更換易損件空氣圍帶，保障設備運行工況。

6 措施及建議

為了預防類似事故發生，需要按規程實施水輪發電機組的預防性試驗及定期檢測、維護，全面檢查、校驗，及時消除設備缺陷。

為確保設備優質工況，運行過程中應加強對數據的觀測、分析，及時識別異常運行工況，以良好的設備可靠性保障電廠的安全運行[5]。本起水輪發電機組水導瓦溫異常事故凸顯了強化運行維護消缺對機組安全運行的重要性，對類似電站有一定的參考價值和借鑒作用。