（大唐甘肃湟水河水电开发有限公司白川水电站 甘肃兰州 730086）
摘要：水轮发电机组是发电企业重要的发电设备，其安全稳定运行对企业提高经济效益与发展至关重要。但是水轮机作为机械设备，在运行过程中不可避免的由于种种原因发生故障。机械振动是水轮发电机组运行常见故障，一旦发生振动参数超标，机组出力受限，金属疲劳，连接部位松动、脱落、甚至断裂，机组被迫停运，严重时可能引发事故等。本文从引起机组振动的现象入手，剖析表象原因，结合实际现场检查，研究可行处理方案，组织实施，最后通过运行试验故障消除，具有可推广借鉴之处。
关键词：振动；漏水；原因分析；故障处理
0引言
白川水电站安装3台轴流转浆式水轮发电机组。2013年9月，3号水轮发电机组在运行当中突然顶盖垂直振动幅度增大，尾水管人孔门、内衬有强烈的撞击声，人孔门上端金属与混凝土结合处有轻微渗水。停机检查，转轮室内衬，浆叶、转子、各轴承抗振螺栓等机械部位均正常，机组继续运行。
11月中旬，3号机组运行突然振动加剧，幅度严重超标，人孔门顶端与混凝土结合处由原来渗水发展成为瀑布式流水，撞击声异常猛烈，立即紧急停机，对转轮室内衬，浆叶、转子、各轴承抗振螺栓等机械部位再次进行检查，各种问题明显暴露出来。从漏水现象切入，推究可能发生故障的部位，分析振动与漏水的原因，确定最后的处理方案并且组织实施，机组启动运行后，振动消失，故障消除。
1水轮机组振动异常分步检查
2014年9月3日，白川水电站3号水轮发电机组顶盖垂直振动幅度进一步增大，计算机监控系统连续报“垂直振动大”信号。10月8日停机检查机组尾水管内衬无异常，导水机构、流道内有大量杂物，清除之后，机组启动发电，振动现象依旧存在。用便携式振动测量仪对各部位测量，尾水管径向振幅为1000μm，远超出设计运行允许范围。
11月18日，机组尾水管内衬漏水量陡增，呈瀑布状流出，立即降负荷运行，振动稍有缓解。
11月27日3号发电机停机至检修状态，对转轮室、凑合节、尾水管、浆叶，泄水锥等部位进行了全面检查，转轮室与凑合节、尾水管焊接处呈现裂缝、沙眼，敲击检查，内部多出存在空腔。
在尾水管人孔门上部，-X方向稍偏+Y方向，转轮室与凑合节焊接裂缝达1620mm，最大裂缝宽度0.30mm，裂缝走向为水平方向。在-Y方向，裂缝和沙眼现象严重，总长度1500mm，最大裂缝宽度0.35mm，走向为垂直方向。
用手锤对转轮室、凑合节和尾水管进行敲击检查，总共有七处空腔，约0.20m2到0.50m2不等。内衬沙眼情况普遍，直径大约2-5mm。
此外，还对蜗壳衬板、座环、底环及转轮室等其他部件进行了外观及敲击检查，未发现有空腔及其他异常现象，各轴承抗振螺栓无松动，轴瓦间隙参数合格。
2故障原因分析
止2013年11月27日3号发电机累计发电4280.913万kWh，累计运行时间7864小时，运行时间并不长，随着运行时间积累，存在的安装质量问题逐步显现出来，直接影响机组安全运行，具体分析如下：
（1）尾水管安装施工阶段，混凝土浇筑振捣工艺不良，与尾水管内衬之间不密实，存在空腔，混凝土配比降低标准；
（2）尾水管在水流撞击作用下，外包混凝土振动粉碎，尾水管传导力不均匀，焊缝逐步开裂，反作用到水轮机引起机组振动；
（3）内衬金属焊缝开裂后，水通过内衬与混凝土之间的缝隙流出，开始渗水，长时间冲蚀形成较大坑槽及渗漏通道；
（4）随着时间的推移，内衬焊接裂缝逐步延伸扩大，导致尾水人孔门处大量漏水；
（5）人孔门面积偏大，纵横向无筋板，抗振强度差。
3处理方案
针以上问题，查阅了相关资料，确定最终处理方案如下：
（1）对尾水管内衬裂缝的处理
选材：采用手工方式施焊，内衬的材质为奥氏不锈钢（Gr18Ni9Ti），焊材选用A132（JWE347-16）不锈钢焊条，质量符合《电弧焊焊接工艺规程》GB/T 19867.1-2005要求。
工艺要求：先用碳弧气刨将汽蚀部位的蜂窝层刨出，裂纹两边各延长20cm，再进行咬边焊接，未开裂焊缝凹面进行补焊，并用砂轮机对焊接部位打磨处理，保证平滑。每焊接完成30cm后，待其自然冷却，再焊接下一段，以防转轮室金属变形，圆度改变。全部焊接完毕后整体校正打磨，测量转轮室圆度符合标准，最后对焊缝进行超声波无损探伤，检验合格。
（2）尾水管内衬空腔处理
选材：尾水管内衬与混凝土之间空腔填充选用环氧树脂。
工艺要求：先对空腔范围进行划分，根据空腔区域的大小，不等距离进行钻孔；再焊接安装灌浆嘴，要牢固、密闭，不得有漏浆、漏气现象；最后按照下部布置灌浆孔，上部布置排气孔的原则进行接触性化学灌浆。一边灌浆，一边敲击检查，施工结束，全面复查，确保无空腔。
（3）人孔门补强加固
选材：筋板材质为Q345B钢板，宽度为150mm，厚度为15mm。
工艺要求：将人孔门顶部及两侧混凝土200mm范围凿除；焊接筋环、顶部筋板、围板及垂直中心线筋板；焊接完成，结合部位内部灌浆，最后打磨光滑并涂刷防锈漆，见图一。
图一 加固后的尾水管人孔门
4取得的预期效果
3号机组启动后成功并网，对运行状况进行跟踪监测，振动传感器不再报警，水平与垂直振动幅度在80μm以内；尾水管人孔门内衬与混凝土结合处漏水消失；尾水管人孔门异常振动消失，水流撞击声均匀；发电机出力固有振动区间由6MW降至4MW左右，机组达额定出力时运行平稳，大大地改善了机组运行状态，收到了预期的效果，之后，经过3年的运行实践，机组长期保持稳定状态。
5成功经验借鉴
引起机组振动的原因有直接与间接原因，本机组振动就是由间接原因所导致的，按照常理，集中检查发电机水轮机本身机械部件，很难发现问题的症结，由于转轮室内衬的松动，产生不均匀振动反作用于水轮机所产生的，关联关系很隐蔽，检查分析起来具有一定的难度。本文先从漏水入手，层层检查，深入分析找到问题的根源所在。由于施工质量不良、监督不到位导致内衬有空腔，投产后机组运行振动大，焊接部位逐步开裂。
此次3号机组机振动与尾水管漏水故障的成功处理，提高了电站运行维护员工分析、处理问题的能力，消除设备故障，举一反三，对1、2号机组尾水管内衬也进行了检查，不同程度的存在问题，同样通过灌浆、补焊处理，消除了隐患，为电站安全运行奠定了良好的基础，也为后续工程项目质量监督、验收提供借鉴。
论文作者:陈俊锋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/31
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