摘要：水力发电是应用比较广泛的发电形式，目前水力发电站的运行维护呈智能化、远程化和集中化趋势，对于常规水轮机的检修主要以运维人员定期或不定期巡查为主。由于常规水轮机的运行环境比较复杂，对于其机电性能和运行质量提出了更为严格的要求，检修组的负责人应该在充分了解水轮机运行原理的基础上，及时对设备故障进行防控，避免技术不熟练、设备质量不合格等因素给发电系统造成的安全隐患。本文首先对水轮机常规检修的意义进行概述，并总结水轮机常见故障及其防控措施，最后结合具体案例对检修工艺进行分析，可以为相关人员提供借鉴。
1.引言
与传统的风力发电和火力发电相比，水力发电无论在资源禀赋上，还是在经济效益上都具有一定的比较优势。在水力发电中，水轮机故障时有发生。设备发生故障后，如不及时处理，将对设备的生产效率、运行可靠性、经济效益及使用年限等造成不同程度的不利后果。是否能够快速、有效地找出故障部位和故障原因非常关键。如相关人员没有能够及时判断故障，不仅延误了采取应对对策的时间而酿成更大的事故，而且还会造成更长的检修周期，造成了人、财、物资源的不必要浪费。要求水轮机运维技术人员要在充分了解设备的结构、性能的基础上，掌握有效的日常运维检修工艺，当水轮机出现异常时才能够及时、有效地判断故障位置，从而迅速对故障加以解除。
2.水轮机检修的目的
水轮机检修的目的主要是：（1）保证水轮机正常运行。预防故障是水轮机检修的首要目的，发现水轮机故障及时处理从而让影响水轮机运行的隐患及时消除。（2）使设备运行更加安全可靠。水轮机运行过程中的突发故障降低了设备运行的可靠性和稳定性，通过及时采取定期或不定期的设备检修，从而确保出力不足、温度过高、振动等故障被及时发现，提高水轮机运行的可靠性。（3）增强检修人员的专业技能。水轮机检修工作并不简单，要求运维人员必须有过硬的业务能力和较高的综合素质，在熟悉掌握设备的结构、性能的基础上，认真实施水轮机日常检修工作，否则一旦出现误差就有可能酿成重大事故。因此，在水轮机检修工作中，对于检修人员来说其业务素质和综合能力得到了系统、全面的锻炼。
3.常规水轮机故障及检修工艺分析
水轮机故障是指当运行中的水轮机发生出力不足、温度过高、振动等异常现象时，直接引起水轮机自身不能正常运行的现象。水轮机故障会间接或直接造成水力发电装置的稳定性与效益受到威胁，严重时还会造成人身安全伤害。如果水轮机检修不及时、不到位，就会使水轮机运行的安全隐患继续增加，直至引发重大事故。
3.1出力不足
主要表现为出口压力低、流量小、导叶开度变化微弱，运行力度不强，额定转速达不到规定要求，主要判断为出力故障。主要原因有：（1）尾水位变化的影响，尾水位上升导致水轮机出力不足；（2）设计时水头选择的影响，水头在运行中有一定损失；（3）拦污栅及漂浮物的影响，水流通过时栅条的阻碍作用使局部水头损失；（4）水机构被异物卡死；（5）气蚀与振动的影响等。
处理方式主要有：（1）当水轮机处于满负荷运行状态下，监测负荷波动幅度是否过大并及时调整，合理确定效率修正值；（2）确保清污装置运行良好，定期清理拦污栅内的杂物，做好扫尾工作，消除隐患；（3）加强调速器控制回路状态的检修；（4）监测水轮机导叶气蚀现象，出现异常时及时处置。（5）必要时对下游河床进行平整，恢复河床原貌。
3.2轴承温度过高
通过添加润滑油带走轴承温升量以及采用冷却器冷却的方式进行轴承散热。至于轴承体本身的散热，一般作为安全裕量对待。润滑油能否很好地带走轴承发热量，与轴承的上油量有关，不论是分块瓦式还是圆筒式轴承，其上油量又都与轴承间隙有很大关系，也和进油口形状有一定关系。另外，上油量还与油的循环方式有关。对于结构型式一定的轴承，冷却器能否将油冷却则与通过冷却器的水量和水温有关。以上分析可知，在温度过高情况下，先测试机组振动正常与否，检查冷却水系统工作是否正常。如均显示正常，则可以检查轴承间隙是否有异常变化。停机检查，如确实如此，则应查明原因并加以解决。当然，轴瓦研刮或安装、检修时，轴承间隙调整不符合要求，也会引起温度过高，但这些影响一般在试运行中已被消除。对于上述部位等均无异常而轴承温度依然比较高时，可以判断为润滑循环不佳。根据油循环工作原理，检查有关零部件的设计、制造、装配质量，对其进行调整或改造，使轴承温度下降。
3.3振动问题
主要是由于机械安装的引起。原因主要有：（1）机械安装问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆明镜板与推力头之间有波浪式变形；（2）特子质量不佳，在惯性影响下造成主轴弯曲。（3）水导摆度值较大，超出了允许值，由于尾水管内水流旋涡较大从而引起水轮机的剧烈振动。（4）水力不平衡引起压力脉动，不平衡力或电磁力等周期性简谐频率相重合，造成机组扰动。
初步判断故障是否是机械安装问题引起，首先将零部件拆除，将有问题的零部件及时更换，如果零部件经检修无异常则重新安装。质量不平衡会引起离心力，并增加转动部间缝隙。此时可采取令振幅增加的方式解决。倘若动力压力继续增加，可能会促进轴承推动力的增加，接触部分摩擦力随之增加造成振动。这种情况下，要对叶片及平衡力进行查看与测试，查看叶片受力不匀或形变的程度并加以修复。如果振动是由于水力不均衡造成的，可考虑尾水管处增加补气管，从而有效控制水压脉动。如果振动是由杂物堵塞引起的，应该暂时将水叶保持静止状态，全面清理污秽物。
3.4抬机问题
在水力发电运行过程中，水轮发电机组故障甩负荷或人工操作失误甩负荷后，调速器为抑制转速过高而迅速将导水叶关闭，引起过机水流量快速降低，致使转轮室真空度极速增加，引水管至转轮室段与转轮室至尾水管段均形成水力冲击波，引起抬机故障。为了降低甩负荷过程中水轮机的负的轴向水推力，防止水轮机抬机事故的发生，试验表明，改善调节元件运动规律，向转轮区城通入大量空气，增加该区城的压力，均可获得显著效果。
4.案例分析
4.1水轮机故障及其原因分析
某水电站总装机容量2400KW,单机800KW，主要由小型轴流定桨式水轮机组成，一直运行良好。2016年4月，1号机并网发电，出现水淹水导油盆的问题。经技术人员现场检查，机组运行过程中发现水轮机导叶轴颈、轴套密封泥沙磨损严重，增加了导叶轴套漏水量，顶盖游泥明显增多，顶盖排水泵反复启动支持盖水位也承上涨趋势，给设备安全运行带来风险。
4.2采取的措施
要解决水轮机导叶轴套严重漏水及其引发的相应问题，检修维护人员在参考以往处理轴套漏水故障的经验基础上，借鉴其他水电站同类水轮机轴套改造先进技术，综合考虑轴套检修改造的有效性、可行性和经济性，检修技术人员采取了以下几种解决措施。
（1）鉴于轴套和轴径的配合面部位有严重泥沙磨损，检修技术人员采取了在轴套顶部外圈镶材料为ZG30的套套并加装一道“O”型密封圈的方案，从而使轴套外侧的封水效果得到有效加强。先按照实测的顶盖轴套孔大小，车配的外圈镶套，再加工盘根槽于外圈镶套上，加装 5mm丁氰橡胶密封圈。（更改为：加装 5mm丁氰橡胶密封圈。）
（2）为有效增强导叶中轴承下端面的硬度和中轴承的密闭性能，检修人员在轴套下端面加装不锈钢压环，同时在轴承内侧加装具有极强抗气蚀、抗磨损性的“L”型聚胺脂密封圈。
（3）将轴套的上、中部复合轴瓦完全拆除并更换。将原有“O”型密封圈完全更换，按照轴套上轴承镶套后的大小设计并制作PTFE垫环及厚度为10mm的圆形橡胶平板密封。安装完毕导叶轴套后，在轴套上平面位置镶嵌PTFE垫环及圈形橡胶平板，使轴套密封得到加强。
4.3运行效果
通过对水轮机导叶轴套的检修维护情况来看，检修后的1号水轮发电机组运行无异常，顶盖上轴套部位几乎没有漏水，顶盖的淤泥也得到控制。借鉴此次检修成功经验，机组人员对小修常规项目进行了改进，加强了水轮机日常巡检，确保在日常维护时发现水轮机故障前兆，采取有针对性的措施为今后检修做足准备。
5.结语
综上所述，通过对水轮机常规检修的意义及常见故障进行了论述，分析了出力不足、轴承温度过高、振动问题等表现及原因，通过对总装机容量2400KW、单机800KW水电站小型轴流定桨式水轮机抬机故障现状、原因及解决措施的实例分析，得出出本文所给出的检修工艺具有一定的可行性，已经成功被应用于水轮机的常规运行维护中。
【参考文献】
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[3]黄明，毛松柏，唐敏，吴涛.葛洲坝电厂水轮机转轮磨蚀情况分析与检修工艺[J].焊接技术，2006（08）.
论文作者:赵仁志
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
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