摘要：本文基于笔者的工作经验，首先针对云南省某县水电站和其水轮机组的实际情况进行了调查，并且根据调查结果将问题分问了三种类型，最后根据这三种类型的问题提出了实际的解决方案。
关键词：水电站；水轮机组；稳定性优化
一、序言
某水电站是九十年代初期的水利工程项目，迄今为止已经运行了二十多年，支撑当地经济发展的同时也为当地居民的生产生活提供了稳定的电力供应。作为某水电站的核心设备，某水电站的水轮机运行问题一直备受人们的关注，历年来某水电站水轮机在运行方面也确实发生过若干问题，所以根据国家相关管理要求和标准对某水电站水轮机运行和管理进行优化改进十分有必要。本文正是基于对某水电站水轮机组进行详尽分析的基础上，对某水电站的水轮机组运行进行优化。
二、基于云南某水电站的实际调查
1.水电站与水轮机设备概况
某水电站坐落于某县县境内，位于云南省西南部，水电站管理单位为某水电站管理所。某县三面环山的盆地地形，境内山峦叠嶂、丘陵纵横。某水电站自1998年10月动工，2000年6月竣工，2005年和2017年陆续扩建和局部除险。某水电站的库容量为81亿m3，年发电量为12.3亿千瓦时。某水电站的总装机量为500MW，具体分为四个混流机组，主要负责当地的电力供应和调频调峰。各个水轮机组的额定功率为127.6MW，针对所在河道的设计流量123m3/s，一号机组的投入时间为2000年6月，二号机组的投入时间为2001年5月，三号机组的投入时间为2010年11月，四号机组的投入时间为2017年5月。一号机组运行的时间最久，但是出现的问题较少，只出现过水导轴领开裂问题，二号机组出现过下环气蚀、尾水轴管里衬损毁等问题，三号机组出现的问题最为复杂，次数也最为频繁，主要出现过十字补气架陀螺、尾水入孔门开裂、导水机构连臂松动、转轮上冠气蚀、导叶漏水量大转子制动环开裂等问题，主要原因是因为当初安装人员在安装时出现了失误所导致，四号机组安装时间最短，因为采用了较为先进的运行模式，所以没有出现过相应的问题。
2.水轮机运行所出现的问题
在历年来某水电站水轮机组在运行时遇到过不少问题，其问题按照产生的原因大致可以分为三类：
（1）设计安装引起问题
设计安装问题主要出现在三号机组中，设计安装问题细分可以分为以下几种，首当其冲的是轴线不正常现，三号水轮机组在安装之初，由于安装人员的失误使得轴承中心线出现了偏移，进而使得之后水电机组运行时弓状回旋半径随之增加，同时轴线不正还会引发相应的压力脉动，一旦压力脉动超过允许值就会引发自激振动，使得三号顺轮机组在运行时出现不平衡现象。
然后是转子问题，三号机组在安装时因为转子出现了相应的偏差，所以转子在支撑水轮机轴承方面的效果就大大折扣，在运行过程中不可避免的会出现不平衡的问题，这种现象对三号水轮机组的破坏的较为明显，在安装之后的几年时间里，三号水轮机组出现了主轴弯曲形变的现象。
最后是其他的一些因素，这些因素在一二三号机组中均有出现。比如在安装设计时出现的轴瓦间隙过大、轴承缺陷、推头力松动等情况。轴瓦间隙过大能导致转子的弓状回旋半径出现问题，增加摆度的幅值的同时降低转动部件的临界转速；轴承缺陷能增加轴承与其他部件的摩擦，增加机组的横向振动；推头力松动会使机组的动态轴线发生变化，从而破坏机组在运行时的动态平衡，这些情况都能够增加加剧水轮机组运行时的动力不平衡现象。
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（2）水流压力引起的问题
水流压力问题同样集中在三号机组上，三号机组所在的流域情况实现因为没有进行严密的调查，所以在运行过程中出现了很多随机因素，这类随机因素主要分为两种：
一种是是转轮出口处出现水流旋涡等现象。三号机组在运行过程中，水电站的工作人员发现转轮出口附近竟然出现设计之外的情况而出现旋转水流，这些水流从而导致尾水管的内部出现水压脉动现象。水压脉动是水轮机在运行过程中，尾水管壁、导水机构、转轮、蜗壳和压力管道等出现不平衡问题的主要原因，这种不平衡会让尾水管出现振动进而造成破坏。
另一种是水流在与水轮机会出现气蚀现象。在水轮机出现问题之后，研究人员发现经过三号机组的水流在流经水轮机时会因为各种原因在水流中产生气泡，同时因为水击压力造成气泡溃灭，气泡在溃灭的瞬间会释放一定的热量导致水轮机构件的金属同水流出现化学反应，进而对水轮机内部的叶片、内壁等部位出现化学侵蚀，影响水轮机的运作。气蚀现象分为翼型气蚀、间隙气蚀、局部气蚀和空腔气蚀，其中空腔气蚀会影响水轮机的动态轴线，导致水轮机运转过程中出现不平衡现象。
（3）运行过程出现的问题
运行过程的问题主要集中在一号和二号机组上，这类问题出现的原因主要是水轮机组的设计经验不足所导致：
首先是电磁因素的影响。水轮机在运行过程中不可避免的会受到电机的电磁力影响，产生不平衡磁拉力，一方面，转子在运行过程中会出现绕组短路现象；另一方面，水轮机内部出现空气间隙不均匀的时候也会产生不平衡的磁拉力，而且随着空气间隙的周期性变化，不平衡的磁拉力也会作周期性的运动。
其次是水轮机在运行过程中出现大轴原始摆度过大、机组中心因为各种原因出现振动、外力作用下的轴承机座变形和机架移动、零件松动位移等等情况都能早造成水轮机运行的动力不平衡现象。所以检修人员应该重点见转动部位的螺丝、焊缝等位置，及时做出处理，保证水轮机的安全运行。
三、基于某水电站的水轮机动力运用优化措施
针对一二三号机组所出现的问题，相关机构在2007年对水电机组进行了较大规模的改装和优化，主要针对上述提出的三种问题进行了详细的解决，在针对设计安装问题是，设计和施工人员对原有的机组进行了调整和除险，从设计层面开始对机组开展了重新的规划，同时监督评审机构对图纸进行了多重审查，在确定施工后对施工团队进行严格的监督和规划，在施工完成后对一二三号机组的运行进行了定期记录和维护保养。
针对水流压力引起的问题，设计人员首先对所在流域近几十年的变化情况进行了严谨周密的调查，同时结合当地的气候设计出了一套解决措施，对于气蚀问题，研究人员决定在三号机组的尾水管入口处加设共泄水锥和导流翼板，对一二号机组采用补气的方法来解决气蚀问题。对于水流旋涡问题，设计和安装人员在重新进行水轮机组的安装施工后改变了叶片出水边的形状，来控制旋涡的形成。
针对其他因素问题，管理人员主要设计了一套严格的定期检修和维护方案，并且结合计算机检测技术来对水轮机组的运行情况实施实时监测。
四、总结
总而言之，针对水轮机组的运行情况开展相应的优化工作是一个动态的过程，而不只是一个静态结果。不能单纯的依靠一份完美的分析数据，得出一个评估结果，就可以发挥出应有的作用。本文针对某水电站水轮机组的隐患和问题进行了分析，最终得到当前的结果。当然，一套运营模式不能一成不变，今后还需要跟随技术的发展和政策的变化作出修改，增强相关水电站的适应能力，为百姓的安居乐业提供保障。
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论文作者:陈涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：机组论文; 水轮机论文; 水电站论文; 水轮论文; 气蚀论文; 水流论文; 不平衡论文; 《电力设备》2019年第8期论文;