趙曉嘉，喬進國（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

巨型水電站水輪發(fā)電機運維管理創(chuàng)新

趙曉嘉，喬進國
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

小灣機組投運后，電廠通過全面掌握發(fā)電機真實性能，加強設(shè)計、制造、安裝期間遺留問題攻關(guān)，排除設(shè)備隱患、消除設(shè)備缺陷，改善發(fā)電機運行環(huán)境，結(jié)合在線監(jiān)測系統(tǒng)與動態(tài)分析系統(tǒng)、監(jiān)視和分析水輪發(fā)電機健康狀態(tài)，規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化日常運行維護工作，獲得了一系列先進的巨型水輪發(fā)電機運維管理經(jīng)驗。

巨型水電站；水輪發(fā)電機；運行維護；管理；小灣水電站

1　工程概況

小灣水電站正常蓄水位1 240 m，水庫總庫容為149.14億m3，有效庫容為98.95億 m3，水庫具有不完全多年調(diào)節(jié)能力。電站地下廠房內(nèi)安裝6臺單機容量為 700 MW的水輪發(fā)電機，裝機總?cè)萘? 200 MW，電站多年平均發(fā)電量為189.9億kW·h。

小灣水電站水輪發(fā)電機設(shè)計制作安裝難度很大，是世界上該水頭段單機容量最大的水輪發(fā)電機，在單機容量700 MW的機組中轉(zhuǎn)速最高，由此一方面導(dǎo)致發(fā)電機定子線棒間距世界最小、線棒絕緣設(shè)計制作難度大，推力軸承單位面積受壓大、制作難度系數(shù)屬世界第一；另一方面因為轉(zhuǎn)速高、各部位綜合設(shè)計難度大，容易造成各部件的甩油，從而污染發(fā)電機定子線棒。機組運行條件苛刻，運行水頭變幅達87 m，最大水頭（251 m）與最小水頭（164 m）比值為1.53，要求水輪機具有寬幅度的水頭適應(yīng)性、穩(wěn)定性和高效性。發(fā)電機采用密閉自循環(huán)、雙路徑向、無風(fēng)扇空氣冷卻系統(tǒng)，定子線圈上端部采用回風(fēng)方式冷卻，下端部采用旁路通風(fēng)方式冷卻，采用全水冷空氣冷卻器的冷卻總?cè)萘窟_9 000 kW，屬世界第一。

小灣水電站已于2010年全部投產(chǎn)，小灣電廠參照全國已投產(chǎn)的大型水電廠的運維管理經(jīng)驗，解決了設(shè)計、制造、安裝期間遺留下來的重大遺留問題，在實際工作中逐步提煉出了一系列先進的巨型水輪發(fā)電機運維管理經(jīng)驗。

2　全面開展水輪發(fā)電機試驗， 掌握小灣水輪發(fā)電機真實性能

為全面了解和掌握小灣水輪發(fā)電機組真實性能，除常規(guī)機組性能測試外，電廠在700 MW水輪發(fā)電機組上進行了全面的發(fā)電機性能試驗，包括三相穩(wěn)態(tài)短路試驗、發(fā)電機空載試驗、直軸同步電抗與短路比確定、電話諧波因數(shù)測試、電壓波形正弦性畸變率測試、出力試驗、通風(fēng)試驗、推力軸承試驗、溫升試驗、噪聲測定、零序電抗測試、負序電抗測試、交軸同步電抗Xq測定、飛輪力矩測試、效率及損耗試驗、進相試驗等。上述各試驗檢驗了700 MW級水輪發(fā)電機的各項性能指標(biāo)，掌握了真實的試驗數(shù)據(jù)，對后續(xù)機組運行、維護管理工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

3　加強設(shè)計、 制造、安裝期間遺留問題攻關(guān)，排除設(shè)備隱患、消除設(shè)備缺陷

3.1發(fā)電機電暈問題

由于小灣定子線棒間距較小，各臺機組運行1～2年后，發(fā)電機定子線棒均出現(xiàn)不同程度的電暈現(xiàn)象。經(jīng)分析，電暈原因為：小灣發(fā)電機定子繞組原繞線方式中，所有繞組的走線方向一致，造成相鄰的不同相別的線棒之間的電勢差從中性點端的0逐漸變大到出口端的18 kV，引起定子繞組局部電勢差過高、電場分布不均，從而出現(xiàn)電暈。

電廠決定通過發(fā)電機定子繞組改接線方式減少電暈現(xiàn)象。原理為：改變一半支路（偶數(shù)號支路）的繞組的走線方向，如A相繞組各分支繞組的編號為U1、U2…U8，改變U2、U4、U6和U8這4個（3相共12個）分支繞組的走線方向，使相鄰的不同相別繞組的走線方向相反，使得它們之間的電勢差始終保持在10.4 kV（相電壓）左右，降低繞組間的局部電勢差、改善線棒間的電場分布，以減少電暈的發(fā)生。

通過在機組大修期間實施的2號發(fā)電機定子改接線效果來看，改接線后電暈大幅減少、電暈強度明顯降低。2號機組修后運行至今，僅發(fā)現(xiàn)定子上端部452槽與453槽線棒之間靠近“r”拐角處的上斜邊墊塊處有一處輕微放電點，改善效果明顯。

3.2發(fā)電機定子振動偏大問題

小灣水電站各機組在700 MW有功負荷下定子機架、定子鐵心水平振動值均偏大，已超過 GB/ T8564—2003《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》及合同要求，部分振動值已超過小灣電廠振動一級報警定值（120 μm）。

根據(jù)歷次機組振動試驗、定子徑向剛度分析得出，造成定子低頻振動的原因為轉(zhuǎn)子不圓及定轉(zhuǎn)子偏心，因此要減少發(fā)電機定子振動情況，需改善轉(zhuǎn)子圓度、減少轉(zhuǎn)子偏心度。

小灣發(fā)電機磁極鍵采用斜向打緊固定，易造成磁極鍵虛打緊、產(chǎn)生松動；機組過速后，磁軛存在殘余變形，沖片切向產(chǎn)生錯牙，也易造成磁極鍵松動，上述現(xiàn)象也會導(dǎo)致機組運行時轉(zhuǎn)子動態(tài)不圓度增大。

電廠結(jié)合機組檢修期根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對1、2、6號發(fā)電機轉(zhuǎn)子圓度進行了處理，以1號機組為例，處理后定子機架及鐵心水平振動由最高107 μm降至最高80 μm，改善效果明顯（1號機組檢修前后發(fā)電機定子機架及鐵心振動數(shù)據(jù)對比見圖1）。計劃在后續(xù)機組檢修期間開展如下工作，以顯著改善定子振動情況：提高發(fā)電機檢修質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，將轉(zhuǎn)子半徑的最大值與最小值之差控制在0.8 mm以內(nèi)，最大限度減小轉(zhuǎn)子的不圓度，將上導(dǎo)、水導(dǎo)軸承盤車數(shù)據(jù)凈擺度在一個方向上的最大差值控制在0.08 mm以內(nèi)。在機組大修期間吊出轉(zhuǎn)子，將磁軛鍵重新打緊到3 mm，重新掛裝磁極，增加0.1 mm厚的超薄磁極鍵調(diào)整墊片，以確保打緊磁極鍵，消除離心力引起的磁極膨脹量防止出現(xiàn)虛打緊現(xiàn)象。

圖1　1號機組檢修前后發(fā)電機定子機架及鐵心振動數(shù)據(jù)對比

3.3軸電流偏大問題

軸電流偏大是已投產(chǎn)的大型水輪發(fā)電機遇到的一大難題，軸電流偏大會造成各導(dǎo)軸承油膜破壞，嚴(yán)重時會造成燒瓦事故。針對小灣各發(fā)電機軸電流測值在4～10 A之間的問題，電廠組織進行技術(shù)攻關(guān)，最終確定由于大軸中心補氣排水裝置集水箱的動、靜止漏環(huán)間長期受潮導(dǎo)致局部短路，形成了軸電流回路。現(xiàn)場對大軸中心補氣排水裝置的止漏環(huán)梳齒及其連接螺栓、墊片、絕緣套筒等部件整體噴涂絕緣漆處理。2號機組處理前600～650 MW運行時軸電流為4.4 A，處理后相同負荷下運行時軸電流為0.53 A，下降效果明顯。

3.4發(fā)電機轉(zhuǎn)子動態(tài)一點接地問題

小灣機組運行過程中也遇到發(fā)電機轉(zhuǎn)子動態(tài)一點接地這一難題，2014年小灣多臺機組在運行過程中監(jiān)控頻報“轉(zhuǎn)子一點接地保護裝置故障報警（復(fù)歸）”、“轉(zhuǎn)子一點接地保護報警（復(fù)歸）”信號，停機后檢查轉(zhuǎn)子絕緣良好，屬動態(tài)接地。經(jīng)多次檢查分析，發(fā)現(xiàn)個別發(fā)電機磁極調(diào)整墊片過長，與磁極繞組間有刮傷痕跡，經(jīng)測量導(dǎo)通接地。切除過長的發(fā)電機磁極調(diào)整墊片并點焊固定，對磁極內(nèi)側(cè)紅漆刮傷點進行補漆后開機試驗，轉(zhuǎn)子一點接地報警消失，機組運行正常。

3.5發(fā)電機空氣冷卻器防滲漏措施及滲漏在線報警裝置加裝

2014年不少大型水輪發(fā)電機出現(xiàn)因未及時發(fā)現(xiàn)空冷器漏水，造成定子線棒燒損的事故。小灣吸取相關(guān)電廠上述教訓(xùn)，在機組檢修期間吊出所有發(fā)電機空氣冷卻器，用氬弧焊將高10 mm的不銹鋼板點焊在各臺空氣冷卻器對應(yīng)的定子機座下環(huán)板上端面，并用樂泰5 699密封膠對未點焊部位進行封堵，在各臺空氣冷卻器對應(yīng)的定子機座外壁底部鉆兩個φ16的排水孔，將排水管引排至排水溝，并在管路出口加裝滲漏報警裝置。在發(fā)電機空氣冷卻器滲漏初期，報警裝置監(jiān)測到滲漏現(xiàn)象后發(fā)出報警信號，運行人員可以及時抵達現(xiàn)場處理，以防止事故擴大。該項目已取得國家實用新型專利。

3.6推力軸承鏡板泵改造

由于推力鏡板泵是第一次在700 MW機組上使用，機組長期運行后發(fā)現(xiàn)鏡板泵瓦支架軸與軸孔間出現(xiàn)磨損，鏡板泵瓦卡澀，如不及時處理有可能造成推力冷卻容量不足、推力瓦溫升高，甚至燒瓦事故。

為了保證推力鏡板泵正常運行，小灣電廠開展了推力鏡板泵問題技術(shù)攻關(guān)，將推力頭與轉(zhuǎn)子支架、鏡板間加裝了定位銷，有效控制了鏡板和推力頭在機組運行中徑向竄動的現(xiàn)象；并在推力鏡板泵瓦支架軸增加抗磨襯套，泵瓦增加支撐，改造后運行情況良好。

3.7發(fā)電機中性點CT改造

由于小灣發(fā)電機中性點電流較大（分支引出導(dǎo)體電流達10 000 A以上），檢查發(fā)現(xiàn)各臺發(fā)電機中性點B相CT吊孔處，澆注絕緣層有不同程度的開裂現(xiàn)象。電廠開展了發(fā)電機中性點CT開裂問題技術(shù)攻關(guān)，最終確定原因為：當(dāng)發(fā)電機帶大負荷運行時，由于電流越大、導(dǎo)體距離CT越近，雜散磁場越強，且B相CT同時受A、C兩相導(dǎo)體大電流產(chǎn)生的雜散磁場作用，該相CT鐵心局部磁密嚴(yán)重飽和，鐵心及屏蔽結(jié)構(gòu)長期處于更熱狀態(tài)，再加其所處位置通風(fēng)散熱不利，因此B相CT運行溫度高于A、C兩相，在內(nèi)外溫差的作用下，導(dǎo)致B相CT出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

電廠決定對中性點CT進行改型，增大直徑以提高散熱能力，提高絕緣等級以提高抗雜散磁場能力及耐熱能力，改型后運行情況良好。

4　發(fā)電機運行環(huán)境改善措施

發(fā)電機的運行環(huán)境事關(guān)發(fā)電機及其附屬設(shè)備的健康與使用壽命，小灣水電站為改善與改進發(fā)電機運行環(huán)境，采取了如下措施。

4.1推力油槽甩油處理

推力軸承甩油會污染水輪發(fā)電機及其附屬設(shè)備，小灣機組因轉(zhuǎn)速高，也曾飽受甩油問題困擾。小灣推力軸承甩油由3方面原因造成：推力頭與轉(zhuǎn)子中心體把合螺栓爬油，推力油盆上密封蓋爬油，以及推力油盆分瓣組合縫密封與下部環(huán)形密封的“T”型密封錯位漏油。電廠在推力頭與轉(zhuǎn)子中心體把合面加工密封槽、安裝了φ8耐油橡膠條，對轉(zhuǎn)子中心體內(nèi)銷釘孔進行了封堵，將原推力油盆上蓋板更換為帶隨動式密封條的接觸式油槽蓋板，在推力油盆分瓣組合縫的全接觸面涂抹了密封膠，目前推力油槽甩油現(xiàn)象已得到有效解決。

4.2發(fā)電機風(fēng)洞除濕改造

南方地區(qū)地下廠房的發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)管路結(jié)露，是一個常見又較難解決的問題，對發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子及其附屬設(shè)備的絕緣有直接影響。小灣采取措施確保發(fā)電機風(fēng)洞與外界可靠密封，對發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)全部水管路增加結(jié)露涂層，并將原有小功率除濕機改造為大功率全封閉式除濕機，停機后發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)的濕度可有效控制在60%以下，發(fā)電機空氣冷卻器及風(fēng)洞內(nèi)各水系統(tǒng)管路再未出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，有效防止了發(fā)電機定子鐵心銹蝕、相關(guān)電氣設(shè)備與元器件發(fā)潮現(xiàn)象，保障了發(fā)電機的正常運行。

4.3制動閘板改造

發(fā)電機制動過程中閘板產(chǎn)生粉塵是造成定轉(zhuǎn)子污染的一個重大污染源，小灣水電站將原制動器閘板更換為非金屬無石棉無塵閘板，目前發(fā)電機停機制動過程中已無明顯粉塵，改善效果明顯。

5　結(jié)合在線監(jiān)測系統(tǒng)與動態(tài)分析系統(tǒng)， 監(jiān)視和分析水輪發(fā)電機健康狀態(tài)

5.1發(fā)電機局放在線監(jiān)測系統(tǒng)

小灣水電站結(jié)合機組檢修加裝了發(fā)電機局放在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過發(fā)電機局放在線監(jiān)測系統(tǒng)及環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)，能在線實時觀察發(fā)電機、封閉母線等設(shè)備的相關(guān)運行數(shù)據(jù)，并根據(jù)該數(shù)據(jù)進行趨勢分析，掌握設(shè)備健康狀況，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患和問題。

通過狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測機組各部位振動擺度、發(fā)電機定轉(zhuǎn)子氣隙運行數(shù)據(jù)、軸系狀態(tài)、定轉(zhuǎn)子圓度、磁極形貌及相關(guān)波形頻譜等（見圖2），也可以選擇任意時間段的歷史數(shù)據(jù)進行分析。該系統(tǒng)的長期應(yīng)用，有助于現(xiàn)場人員及時掌握機組運行情況，便于開展發(fā)電機運行趨勢分析，并及時調(diào)整不利運行工況。

圖2　小灣機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

5.2數(shù)據(jù)動態(tài)分析平臺

運行人員可根據(jù)各機組的特點，結(jié)合設(shè)備大量的實際運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況，對數(shù)據(jù)動態(tài)分析平臺（見圖3）中各項設(shè)備運行參數(shù)的預(yù)警值進行設(shè)置，運行參數(shù)超過預(yù)警值后將在系統(tǒng)中報警。由于計算機監(jiān)控系統(tǒng)中各運行參數(shù)的種類及數(shù)據(jù)量較大，機組運行過程中該平臺可起到輔助監(jiān)盤的作用，在大幅降低運行監(jiān)盤人員的技術(shù)門檻的同時，還有助于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行中出現(xiàn)的問題。

通過該系統(tǒng)，現(xiàn)場人員還可以隨時對全廠設(shè)備的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)進行查詢、分析和對比，掌握設(shè)備健康狀況變化趨勢，對發(fā)現(xiàn)的設(shè)備隱患和薄弱環(huán)節(jié)，制定有針對性的預(yù)防控制措施或運行特維措施，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

圖3　小灣數(shù)據(jù)動態(tài)分析平臺

6　規(guī)范化、 標(biāo)準(zhǔn)化日常運行維護

6.1運行維護巡檢標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)小灣電廠發(fā)電設(shè)備巡回檢查管理標(biāo)準(zhǔn)及運行規(guī)程，運行維護巡檢分為以下幾種：

（1）每天3次的運行交接班巡檢，以及每值1次的運行值班巡檢，對開關(guān)站、控制樓配電室、發(fā)電機機旁盤、廠用電系統(tǒng)、封閉母線、高廠變、勵磁變、主變、水輪機室、中低壓氣系統(tǒng)、機組技術(shù)供水等設(shè)備進行重點巡檢。

（2）運行On-call巡檢根據(jù)設(shè)備安裝部位分為4個區(qū)域中，1、2、3號區(qū)域每日1次，4號區(qū)域每周1次，巡檢項目共計3 172項，包括大電流部件的紅外測溫等工作。

（3）運行班每半個月會對所有機組各進行一次停機后發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)的定子機座、定子上端線棒、空冷器、制動系統(tǒng)、下?lián)躏L(fēng)板、推力油盆、下導(dǎo)油盆、高壓油頂起裝置、上導(dǎo)油盆下油擋、轉(zhuǎn)子中心體內(nèi)部、大軸中心補氣及排水管路、消防管路、粉塵吸收裝置管路、油霧吸收裝置管路、除濕機、排水溝、各電纜橋架等部位的設(shè)備進行全面檢查。

（4）維護班、計算機監(jiān)控班每月對發(fā)電機進行專業(yè)巡檢及趨勢分析，專業(yè)巡檢項目共計4 762項。

上述巡檢發(fā)現(xiàn)了發(fā)電機空冷器軟連接損壞、空冷器固定壓板螺栓松脫、中性點CT開裂、集電環(huán)碳刷打火等重大缺陷，防止了缺陷的擴大。

6.2推行可視化運行、維護、檢修

小灣電廠結(jié)合運行、維護、檢修工作，頒布了可視化巡回檢查標(biāo)準(zhǔn)、可視化檢修作業(yè)指導(dǎo)書、可視化設(shè)備維護管理標(biāo)準(zhǔn)等一系列規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)，推出可視化運行操作、巡檢、維護、檢修視頻教學(xué)，其中含有可視化巡回檢查項目651項、可視化檢修作業(yè)指導(dǎo)書52份、可視化維護工單1 643項。通過視頻、圖片的應(yīng)用，已顯著提高初學(xué)人員的技能學(xué)習(xí)和掌握速度，并降低人員操作失誤的幾率。

6.3其他方面

小灣電廠為確保水輪發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行，積極探索并采取了如下措施：增加發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁系統(tǒng)刷握與碳刷，定期檢查并更換磨損量較大的碳刷，消除集電環(huán)碳刷打火現(xiàn)象，在集電環(huán)內(nèi)增加測溫裝置，對集電環(huán)內(nèi)溫度進行實時監(jiān)視；對高壓油頂起裝置程序進行優(yōu)化，增加雙電源切換裝置；加裝了HDJ交流竄入直流監(jiān)測裝置，具備交流竄直流故障記憶和報警功能，便于故障點查找及故障消除；所有連接螺栓均涂抹了螺栓緊固劑，重要螺栓加裝了止動墊片等防松動措施并做好防松標(biāo)記，便于巡檢人員對螺栓松動情況進行檢查；每次檢修均用工業(yè)內(nèi)窺鏡對發(fā)電機轉(zhuǎn)子極間支撐螺栓、螺母進行檢查；發(fā)電機風(fēng)洞入口裝有金屬探測器，防止物品未經(jīng)登記便帶入風(fēng)洞；在機組運行中噪音較大的區(qū)域進口加裝了噪音檢測系統(tǒng)，出現(xiàn)噪音異常立即在監(jiān)控系統(tǒng)報警；并計劃2015年在發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)加裝紅外線攝像頭，對水輪發(fā)電機運行中外圍設(shè)備的發(fā)熱情況進行在線觀測，并實現(xiàn)越限報警。

7　結(jié)語

小灣水電廠在先進的運維管理理念的指導(dǎo)下，充分結(jié)合現(xiàn)場實際，各臺機組均實現(xiàn)投產(chǎn)后180 d內(nèi)無非計劃停運，投產(chǎn)多年無非計劃

劃停運，積累了豐富的700 MW級水輪發(fā)電機的運維經(jīng)驗。小灣電廠將持續(xù)推進運行、維護及檢修管理的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、信息化，不斷更新700 MW級水輪發(fā)電機的運維新成績。

［1］哈動國家水力發(fā)電設(shè)備工程技術(shù)研究中心有限公司.巨型水輪發(fā)電機定子振動評估及技術(shù)解決方案［R］.哈爾濱：哈動國家水力發(fā)電設(shè)備工程技術(shù)研究中心有限公司，2014.

［2］杜燦勛，皮躍銀.小灣水輪發(fā)電機通風(fēng)方式選擇［J］.水電站機電技術(shù)，2007（2）：22-24.

［3］陳家恒，王超，李燕云.小灣水電站典型電氣事故隱患分析與解決方案［J］.水力發(fā)電，2011（9）：65-68.

［4］梁朝弼.小灣電廠發(fā)電機電暈處理方法［J］.云南水力發(fā)電，2012 （4）：124-127.

［5］趙七美.大型水輪發(fā)電機定子定位筋安裝技術(shù)［J］.水電站機電技術(shù)，2009（5）：41-44.

（責(zé)任編輯高瑜）

Innovation on Operation and Maintenance Management of Hydro-Generators in Giant Hydropower Station

ZHAO Xiaojia，QIAO Jinguo
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

A series of advanced operation and maintenance management experiences of giant hydro-generators are achieved through a full grasping of generator's real performance，strengthening researches on the remaining issues of design，manufacture and installation of unit，removing hidden trouble and eliminating defects of equipments，improving operating environment of generators，monitoring and analyzing the health state of generators based on online monitoring system and dynamic analysis system，and implementing standardized routine operation and maintenance.

giant hydropower station；hydro-generator；operation and maintenance；management；Xiaowan Hydropower Station

TM312（274）

A

0559-9342（2015）10-0025-04

2015-07-28

趙曉嘉（1987—），男，河南靈寶人，工程師，主要從事水電站生產(chǎn)技術(shù)管理工作.