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水輪發電機組缺陷（xiàn）的處理與改造

摘要：為了徹底解決水輪發（fā）電機組在運行過程中出（chū）現（xiàn）的問題，魏（wèi）家堡水電站針對水輪發電機存在的汽蝕（shí）嚴重、機組（zǔ）振動大、頂蓋排水困難、上導油盆甩油嚴重及定子（zǐ）溫升偏高等缺陷（xiàn），通過應用（yòng）新技術等措施，較好的解決了問題。

關鍵（jiàn）詞：水輪發電機汽蝕振（zhèn）動頂蓋排水甩油

魏家堡水電站位於陝西省眉縣境內，是一（yī）座渠道引水式電站，裝機容量為3×6300kW，發電（diàn）機型號為SF6300-10/2600,設（shè）計水頭96.2m，機（jī）組轉速600r/min。電站自投產以來（lái），一直存在著設備缺陷，設備帶病運行，威脅著**生（shēng）產，影響了效益的充（chōng）發揮。通過采取綜合技術措施加以治理，取得了顯著效果。

一、水輪機轉（zhuǎn）輪改造

1存在的問題

電站建成之初（chū），經過2800h的運行，出現了負荷帶不上去、動平衡嚴重失衡、機組振動劇烈、不鏽鋼轉輪汽蝕嚴重，出現部位均在（zài）轉輪葉片進水邊上下麵和轉輪室與（yǔ）底環接縫處，其中葉片進水邊（biān）上下麵*大剝蝕麵積30cm×14cm，汽蝕深度3-5mm，沿（yán）進水邊呈帶狀分布；轉輪室與底環接縫處的（de）汽蝕均出現在+x方向，麵（miàn）積30cm×2cm，*深處達3cm。另外轉輪其他部位不同（tóng）程度存（cún）在蜂窩狀坑，直徑4-8mm,轉輪直徑（jìng）減小了11-20mm。

汽蝕已成為當代水電站運行中普遍而突出的技術（shù）難題。產生汽（qì）蝕的原因（yīn）很多，情（qíng）況各異。水量、水溫、含沙量、運行情（qíng）況、材料等不同（tóng）對汽蝕形（xíng）成及破壞也不相同。依據該站的實際情況分析研（yán）究要解決汽蝕的問題（tí），重點應放在優化參數及材料選擇上。

2轉（zhuǎn）輪技術（shù）改造方案

經（jīng）過多（duō）次研究，確定以（yǐ）降低汽蝕係數為出發（fā）點。根據電站的主要技術參數，設計製造了適（shì）合電站水力條件的新型轉輪。主要（yào）做了如下改造：

2.1優化水輪機參數，從冀線上著手，改進出水角度，使過水流（liú）速（sù）由原來的33m/s降至27m/s，降低了相對流速，提高了反擊效率，減少了進（jìn）口撞擊損失。

2.2擴大減壓孔，直徑由（yóu）原來的∮40擴大（dà）到的∮50，另外調整減壓孔（kǒng）角（jiǎo）度使（shǐ）其（qí）出水口盡可（kě）能接近負壓區（qū），使頂蓋下聚（jù）集的高壓泥沙水盡（jìn）快排泄，一方麵減少了（le）泥沙對上麵漏（lòu）環的磨損，另外可減輕軸向推力。

2.3采用長泄（xiè）水（shuǐ）錐（zhuī），比（bǐ）原泄水錐增長了約40mm，長泄水錐的高壓脈動區域比短泄水（shuǐ）錐小，且幅值也小，有效的減少了（le）尾水管的脈動壓力，有效防止了汽蝕。

2.4采用上等（děng）材料。此次采用了（le）抗腐蝕性能良好（hǎo）的（de）6Cr13Ni4Mo不鏽鋼整體轉輪（lún），葉片采用不鏽鋼板熱壓成型，有效解決了轉輪由於材質（zhì）較軟加速（sù）葉片剝蝕的主要（yào）問題（tí）。

2.5實用新型材料塗敷防護。在導葉、轉輪（lún）、葉片等部位用瑞士蘇爾壽（sulzer）水電（diàn）公（gōng）司*新高速火焰（HVDF）噴塗技術（shù）進行表麵碳化鎢鈷（SXHTO）材料噴塗。在基材不（bú）發生（shēng）任何（hé）形變地情況下，使表麵硬度（dù）達到了1100-1300HV300，有機的提高了過水部件的表麵抗蝕能力。

3效果

運行實踐證明（míng），新轉輪汽蝕性能明顯好轉，機組振動減小，運行壽命增加了3-4倍，為**高效運行奠（diàn）定了（le）基礎。

二、機組頂蓋排水改造

電（diàn）站水輪機頂蓋排（pái）水原設計為自流排水，即頂蓋集水從水輪機（jī）頂蓋上環和座環自流排到（dào）集水井。但由（yóu）於設計和製造（zào）方麵的原因（yīn），一方麵自流水口過小短期內已被泥沙堵死，無法疏通，另外排水口過高（gāo），油（yóu）盆浸在水中，轉動油盆的高速轉動帶動積（jī）水轉（zhuǎn）動，水進油盆，無法正常（cháng）運（yùn）行。

1頂（dǐng）蓋排水（shuǐ）方案

針對上述問題（tí），幾年來（lái）曾作（zuò）過種種嚐試，如真空泵抽水，自吸式射流泵排水等（děng），但（dàn）效果都不明顯；油（yóu）盆多次被淹，嚴重製約著電站的正產生產。經與（yǔ）同類水電（diàn）站比較，設想采用新的改（gǎi）造方案，即從頂蓋以上側牆上（shàng）打孔，采用孔徑為100mm的直排方式排入集水（shuǐ）廊道，以求獲（huò）得（dé）理想效果。

頂蓋排水高（gāo）程的選（xuǎn）擇，以稍低於主軸密封裝置的（de）抗磨板上沿為宜，這（zhè）樣既能確保密封（fēng）裝置正常運行，又能盡量加大集水的排泄，不至於（yú）引起水流的旋轉飛濺進入油盆。

2頂蓋排水方案（àn）預設（shè）效果

與該站情況相似的毫（háo）米電站機組頂蓋排水改造後的效果十（shí）分理（lǐ）想，再也沒有出現過水淹油盆（pén）的情況（kuàng），各部運（yùn）行（háng）正常，解決了水輪機（jī）排水（shuǐ）難的問題，在借鑒經驗的同時，我（wǒ）們在推拉杆（gǎn）下部位置采取（qǔ）試驗的結果表明，該方案是可行的，能夠達到理想效果。

三、上（shàng）導油盆甩油及發電機運行溫升偏高的消除

1發電機上導油盆甩漏油嚴（yán）重，同時定子運行溫（wēn）升偏高

從1998年電站建成（chéng）運行以來，發電機上導油盆就存在甩漏問（wèn）題，上機架周圍時常是一片油汙（wū），為了**運行隻有定期頻繁向上導油盆補油。

2001年起，站發電機定子運（yùn）行溫升逐漸升高，2001年為45oC，2002年54oC，2003年為66oC，*高運行溫度達到93oC（為1#機組），明顯升高（gāo）。

2原因分析與判斷

針對站發（fā）電機的設備缺（quē）陷，電站作了大（dà）量試驗，並多次召開專題研討會（huì），但缺（quē）陷原因沒有定（dìng）論，*後決定先對1#機組進行擴大性檢修（xiū），在檢修中繼（jì）續（xù）試驗，查找定子溫升偏高的直接原（yuán）因。

2.1發電機上導油盆甩漏油的原因分析。

仔細檢查，發現油盆完整無（wú）損（sǔn），頂蓋周圍密封良好，底側均無漏油，可以排除油盆及其他密封所致的漏油。進一步檢查發現，發電（diàn）機大軸與頂（dǐng）蓋之間的（de）密封毛氈（zhān）中含有（yǒu）大量的透平油，初步懷（huái）疑漏（lòu）油點為（wéi）大軸與（yǔ）油盆蓋板之處，但油位（wèi）達不到該處，也就是說，此高度無油。經過大（dà）量的實驗發現，機組在600R/min的正常運行下，油盆內（nèi）的油沾著大軸（zhóu）呈螺旋形爬（pá）上，由大軸（zhóu）與油盆蓋板之間的細小間隙甩出，呈（chéng）霧狀，遇外界冷空氣凝結成為油珠。這才是真正的甩漏（lòu）油的原因。

2.2發電機定子溫升（shēng）偏（piān）高的原因分析。

發電機轉子吊出後（hòu），進行（háng）了定子鐵芯損（sǔn）耗試驗，測得鐵（tiě）芯單（dān）位損（sǔn）耗為1.80w/kg。該發電機鐵芯材料為D41矽鋼片，厚度為0.5mm，規範規定該（gāi）鐵（tiě）芯衝（chōng）壓後鐵損不大於2.08w/kg，故可排除鐵損增加引起定子溫升偏高。定子線圈直流電阻合格，絕緣（yuán）電阻符合規範，證明溫升偏高非線圈接觸**或存在短（duǎn）路所（suǒ）致，可排除銅損（sǔn）增大引起定子（zǐ）溫升偏高。轉子吊出後，發現定子鐵芯和線圈上（shàng）有大量油垢，定（dìng）子（zǐ）通風口普遍堵（dǔ）塞，嚴重影響通風（fēng）散熱。綜上分析，發電機鐵損和銅損不會（huì）超標，定（dìng）子溫升偏高的原因很可能是定子（zǐ）髒汙、通風不（bú）暢所致。

3缺陷的綜（zōng）合處理

3.1發電機（jī）油垢的清洗。使用高壓專用噴槍，用EC-30電氣設備清洗劑噴洗5-6次，然後用白布條擦（cā）淨。

3.2定子噴漆。清洗並（bìng）檢查後，對定子進行（háng）噴漆處理（lǐ）（1道底漆和（hé）2道麵（miàn）漆），底漆為1504環氯（lǜ）脂絕緣漆，麵漆為1361灰色環氯脂絕緣漆。

3.3上導油盆技術改造（zào）。針對甩漏油的實際情況，重新改造油盆蓋（gài）板，把原設計的單純型蓋板改型為雙層，使兩層麵間形成一個（gè）空腔（截麵為6mm×12mm），蓋板與大軸形成雙層密封，使該沿大（dà）軸爬（pá）上（shàng）的油及油盆內的油氣（qì）串過**道密封（fēng）後進入（rù）預設的空腔（qiāng）中，遇冷成為油珠收集（jí）在空腔之中，再加設射流泵收回集油（yóu）槽。

4處理效果

檢修後機（jī）組經3年時（shí）間運行，實踐證明，機組缺陷的（de）原因分析和處理（lǐ）是正確的，大修後發電機定子運行溫度*高為（wéi）71oC，發電機上導油盆甩漏油問題也徹底**，取得了圓滿成功。

四、結論與探討

經過初步的探索，針對性地開（kāi）展了一些技術上的改造，有效地解決了該電站發電機（jī）組存（cún）在的汽蝕嚴重、機組振（zhèn）動大、排水困難、上導（dǎo）油盆甩（shuǎi）油嚴重及定子溫升偏高等一係列缺（quē）陷問題，取得較為顯著的效果。同時總結認為：

（1）國內運行的小型水電（diàn）站，多數老式（shì）機組，效率偏（piān）低，汽蝕嚴重（chóng）的問題普遍存在，徹底解（jiě）決（jué）問題的*有效辦法就是更換選型（xíng）合適的轉（zhuǎn）輪。新型轉輪效率已普遍提高，汽蝕性（xìng）能也（yě）大為好（hǎo）轉，加之不鏽鋼的使（shǐ）用，水輪機汽蝕（shí）性能非常（cháng）優越。更（gèng）換（huàn）一（yī）個新轉輪的費用並不高，投資少，見效（xiào）快，是老機組改造的優先選擇。

（2）機組大修周期，規範規定（dìng），非泥沙水電站水輪機大修（xiū）間隔4-6年，但依據實（shí）踐（jiàn）證（zhèng）明，在機組存在（zài）缺陷，可能威脅設備**時，應（yīng）縮短大修周期，通過大修徹（chè）底處（chù）理存在的問（wèn）題，以確保（bǎo）**運行。

（3）維護良好運行生產環境，在電站生產中非常重要。油垢（gòu）等的存（cún）在，會對正常的運行帶來障礙，甚至造成嚴重的後果，尤其是自然風冷機組，對定子、轉子等影響較大。電站應盡量避免各部位潤滑油（yóu）的外漏，以確保**高效（xiào）運行。

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