余義華

（新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 喀什 844000）

0 前言

下坂地水力發(fā)電廠地處高寒、高海拔山區(qū)，電廠裝設(shè)3臺額定輸出功率50 MW、額定轉(zhuǎn)速428.6 r/min立軸混流式水輪機(jī)，最大凈水頭214.8 m，最小凈水頭155.76 m，水輪機(jī)額定水頭190 m，水輪機(jī)配套自動化檢測元件、液壓元件、監(jiān)測儀表、電氣控制元件、保護(hù)裝置。極端最低氣溫-39.1 ℃，建庫前天然河道實(shí)測最大含砂量16.8 kg/m3，河水水質(zhì)pH值7.8，總硬度3.05，廠房發(fā)電機(jī)層海拔高程2 747.3 m，地震基本烈度8度，電氣主接線采用發(fā)—變組單元接線接入南疆電網(wǎng)。

1 水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況

下坂地水力發(fā)電廠2010年并入新疆主電網(wǎng)運(yùn)行,水輪機(jī)整體設(shè)計(jì)圖見圖1。

導(dǎo)軸承采用稀油潤滑筒式軸承，其結(jié)構(gòu)可靠，便于主軸密封檢修。在導(dǎo)軸承運(yùn)行時(shí)，保證不漏油、不甩油。導(dǎo)軸承能安全承受機(jī)組從最大飛逸轉(zhuǎn)速慣性滑行直至停機(jī)的全部過程。潤滑油采用L-TSA-46（GB11120）汽輪機(jī)油，導(dǎo)軸承軸瓦采用巴氏合金材料，導(dǎo)軸瓦在工廠研刮、裝配檢查。油箱上裝配目測油位計(jì)和油位信號計(jì),軸瓦內(nèi)設(shè)有測溫裝置，油槽底部設(shè)油混水信號器。

冷卻器在出廠前進(jìn)行耐水壓試驗(yàn)，額定工作壓力0.3 MPa，試驗(yàn)壓力為0.6 MPa。為有效防止冷卻水進(jìn)入油潤滑系統(tǒng)、油箱，導(dǎo)軸承油箱還設(shè)有油混水報(bào)警信號裝置，當(dāng)油中含有一定比例的水分時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，冷卻水最高溫度28 ℃時(shí)，軸瓦的最高溫度應(yīng)不超過65 ℃。軸承的冷卻器管采用紫銅管材料。

2 水導(dǎo)溫度異常故障原因分析

水輪發(fā)電機(jī)采用立軸懸式結(jié)構(gòu)，推力軸承置于上導(dǎo)軸承上方，分別布置推力軸承、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承。2010年投入運(yùn)行以來，水輪機(jī)水導(dǎo)瓦溫基本穩(wěn)定在52 ℃，2023年9月上旬，水導(dǎo)瓦溫52.4~54.3 ℃。2023年9月中旬機(jī)組水導(dǎo)瓦溫由43.3℃→38.7℃→36.2℃→24.1℃，最低較正常運(yùn)行低30℃。水輪機(jī)室檢查發(fā)現(xiàn)主軸密封處水流呈噴射狀態(tài)，復(fù)核監(jiān)控系統(tǒng)[1]發(fā)現(xiàn)頻繁報(bào)機(jī)組水導(dǎo)軸承油混水Ⅰ限、機(jī)組水導(dǎo)軸承油混水Ⅱ限。機(jī)組停機(jī)檢查水導(dǎo)油盆內(nèi)油質(zhì)乳化嚴(yán)重，液位變送器顯示油位較正常高近20 cm。

經(jīng)核查水導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 機(jī)組水導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

主軸密封上方噴射水流垂直向上順著水輪機(jī)主軸內(nèi)壁進(jìn)入水導(dǎo)油盆。在水導(dǎo)軸承下方，設(shè)置了無接觸的泵板工作密封和空氣圍帶檢修密封。主軸設(shè)有一套充氣圍帶式檢修密封，以便在水壓下更換主軸密封，充氣圍帶有壓縮空氣管接頭，其充氣壓力為0.5~0.8 MPa，試驗(yàn)壓力為1.2 MPa。

主軸密封結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 主軸密封結(jié)構(gòu)圖

從水車室檢查情況看，主軸密封磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致密封漏水嚴(yán)重。

3 水導(dǎo)瓦溫異常處理

故障查清后，更換受損嚴(yán)重的主軸密封。高水頭機(jī)組尾水位高，機(jī)組吸出高程-6.5 m，關(guān)閉蝶閥，落機(jī)組檢修尾閘，解體水導(dǎo)油盆、主軸密封，更換受損的主軸密封，清理水導(dǎo)油盆、水導(dǎo)軸瓦。水輪發(fā)電機(jī)組主軸自由狀態(tài)下，機(jī)組推中確定水導(dǎo)瓦抱瓦間隙。回裝水導(dǎo)油盆、加油，更換水導(dǎo)油位變送器、油混水信號器。頂轉(zhuǎn)子后開機(jī)檢查各導(dǎo)瓦監(jiān)測數(shù)據(jù)，比對無誤后投入系統(tǒng)運(yùn)行正常。

4 水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

考慮到空氣圍帶磨損及空氣圍帶運(yùn)行工況，經(jīng)分析，為避免類似事故的再次發(fā)生，擬采取措施阻斷可能的水流進(jìn)入水導(dǎo)油盆[2]。結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)，在主軸密封與水導(dǎo)油盆之間裝設(shè)擋水環(huán)，固定于水輪機(jī)主軸上，加工件擋水環(huán)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 加工件擋水環(huán)

停機(jī)狀態(tài)下，3臺機(jī)組均加裝了擋水環(huán)。從改進(jìn)后的運(yùn)行效果看，完全可以滿足運(yùn)行需要[3]。在核查頂蓋排水的過程中，檢查發(fā)現(xiàn)頂蓋排水集水井段管路銹蝕較為嚴(yán)重，為避免發(fā)生管路銹蝕導(dǎo)致的機(jī)組頂蓋排水進(jìn)入集水井事宜的發(fā)生。關(guān)閉蝶閥，采取手工除銹方式清理鋼管表面銹蝕，瀝青防腐處理。表面清理完成后，采用鋼筋混凝土立柱支撐，橫梁鋼筋混凝土柱包裹銹蝕的管路消除設(shè)備隱患，避免頂蓋排水管路破裂水淹廠房事宜的發(fā)生。

5 水導(dǎo)瓦溫異常暴露的問題分析

機(jī)組運(yùn)行過程中保障計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)語音報(bào)警系統(tǒng)正常、可靠工作[4]，加強(qiáng)異常變化如油混水信號、集水井水位不正常升高、各部瓦溫告警、冷卻水壓力等信號的觀測，及時(shí)排除設(shè)備隱患及缺陷[5]。運(yùn)行過程中對轉(zhuǎn)動部位加強(qiáng)觀測，特別是水車室主軸密封漏水情況的觀測，機(jī)組檢修時(shí)定期更換易損件空氣圍帶，保障設(shè)備運(yùn)行工況。

6 措施及建議

為了預(yù)防類似事故發(fā)生，需要按規(guī)程實(shí)施水輪發(fā)電機(jī)組的預(yù)防性試驗(yàn)及定期檢測、維護(hù)，全面檢查、校驗(yàn)，及時(shí)消除設(shè)備缺陷。

為確保設(shè)備優(yōu)質(zhì)工況，運(yùn)行過程中應(yīng)加強(qiáng)對數(shù)據(jù)的觀測、分析，及時(shí)識別異常運(yùn)行工況，以良好的設(shè)備可靠性保障電廠的安全運(yùn)行[5]。本起水輪發(fā)電機(jī)組水導(dǎo)瓦溫異常事故凸顯了強(qiáng)化運(yùn)行維護(hù)消缺對機(jī)組安全運(yùn)行的重要性，對類似電站有一定的參考價(jià)值和借鑒作用。