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水輪發電機組缺陷的處理與改造（zào）

摘要：為了徹底解決水輪（lún）發（fā）電機組在運行過程中出現的問題，魏家堡水電站針對水輪發（fā）電機存在（zài）的汽蝕嚴重、機組振動大、頂蓋排水困難、上導（dǎo）油盆甩油嚴重及定子溫升偏高等（děng）缺陷，通過應用新技術等措施，較好的解決（jué）了問題。

關鍵詞：水輪發電機汽蝕振動頂蓋排水（shuǐ）甩油

魏家堡水電站位於陝西省眉縣境內，是一座渠道引（yǐn）水式電站，裝機容量（liàng）為3×6300kW，發電機型號為SF6300-10/2600,設計水頭96.2m，機組轉速600r/min。電（diàn）站自投產以來，一直存在著設備缺陷，設備帶病（bìng）運行，威脅著**生產，影響了效（xiào）益的（de）充發（fā）揮。通過采取綜合技術措施加以治理，取得（dé）了顯著效果（guǒ）。

一、水輪（lún）機轉輪改造

1存在的問題

電站建成之初，經過（guò）2800h的運行，出現了（le）負荷帶不上去、動平衡嚴重（chóng）失衡、機組振動劇烈、不鏽（xiù）鋼轉輪汽蝕嚴重，出（chū）現部位均在轉輪葉片進水邊上下麵和轉輪（lún）室與底環接縫處，其中葉片進水邊上下麵*大剝蝕麵（miàn）積30cm×14cm，汽蝕深度3-5mm，沿進水邊呈帶（dài）狀（zhuàng）分（fèn）布（bù）；轉輪室與底環接縫處的汽蝕均出現（xiàn）在+x方向，麵（miàn）積30cm×2cm，*深處達3cm。另（lìng）外轉輪其他部位不同程度存（cún）在蜂窩狀坑，直徑4-8mm,轉輪直（zhí）徑減小了11-20mm。

汽（qì）蝕已成為當代水電站運行中普遍而突（tū）出的技術難題。產生（shēng）汽蝕的原因很多，情況各異。水量、水（shuǐ）溫、含沙量、運行情況、材料等不同對汽（qì）蝕形成及破壞也不相同。依據該站的實際情況分析研究要解決汽蝕的問題，重點應放在（zài）優化參數及材料選擇上。

2轉輪技術改造方案

經過多次研究，確定以降低汽蝕係（xì）數為出發點。根據電站的主（zhǔ）要技術參數（shù），設計製造了適合電站水力條件的新型轉輪。主要做了如下改造：

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

2.2擴大減壓孔（kǒng），直徑由原來的∮40擴大到的∮50，另（lìng）外調整減壓孔角度使其出（chū）水口盡可能接近（jìn）負壓區（qū），使頂蓋下聚集的高（gāo）壓泥沙水盡快排泄，一方麵（miàn）減少（shǎo）了泥沙對上麵（miàn）漏環（huán）的磨損（sǔn），另外可減輕軸向推力。

2.3采用長泄水錐，比原泄水錐增長了約40mm，長泄水錐的高壓脈動區域比短泄（xiè）水錐小，且幅值也小，有效的減少了尾水管的脈動壓力，有效防止（zhǐ）了汽（qì）蝕。

2.4采用上等材料。此次采用了抗腐蝕性能良好的6Cr13Ni4Mo不鏽（xiù）鋼整體轉輪，葉片采用不鏽鋼板（bǎn）熱（rè）壓成型，有效解決了轉輪由（yóu）於材質較軟加速葉片剝蝕的主要（yào）問題。

2.5實用新型材料塗（tú）敷防護。在導葉、轉輪、葉片等部位用瑞士（shì）蘇爾（ěr）壽（sulzer）水電（diàn）公司*新高速火焰（HVDF）噴塗技術進行表麵（miàn）碳（tàn）化鎢鈷（SXHTO）材料噴塗（tú）。在基材不發生（shēng）任何形變地情況下，使表麵硬度達到了1100-1300HV300，有機的提高了過水部件的表麵抗蝕能力。

3效果（guǒ）

運行實踐證明（míng），新轉輪（lún）汽蝕性（xìng）能明顯好轉，機組振（zhèn）動減小，運行壽命增加了3-4倍，為**高效運行奠定了基（jī）礎。

二、機組頂蓋排水改造

電站水輪機頂蓋排水原設計為自流（liú）排水，即頂蓋（gài）集水從（cóng）水輪機頂蓋上環和座環自流排到集水井。但由於設計和製造方麵（miàn）的原因，一方麵自流水口過小短期內已被泥（ní）沙堵死，無法疏通，另外排水口過高（gāo），油盆浸在（zài）水中（zhōng），轉動油盆的高速轉（zhuǎn）動帶動積水轉動，水進油盆，無法正常運行。

1頂蓋排水方案

針對上述問題，幾年來曾（céng）作過種種嚐試，如真（zhēn）空泵抽水（shuǐ），自吸式射流泵排水等，但效果都不（bú）明（míng）顯；油（yóu）盆（pén）多次被淹，嚴重製約著電站的正產生產。經與同類水（shuǐ）電站（zhàn）比較，設想（xiǎng）采用新的改造方案，即從頂蓋以上側牆上打孔（kǒng），采用孔徑為100mm的直排方式排入集水廊道，以求獲得理想（xiǎng）效果。

頂蓋排水高程（chéng）的選（xuǎn）擇，以稍低（dī）於主軸密封裝置的抗磨板（bǎn）上沿為宜，這樣既能確保密封裝置正常運行，又能盡量加大集水的排泄，不至於引起水流的旋轉飛濺進入（rù）油盆。

2頂蓋排水方案預設效果

與該站情況相似的毫米電站機組頂蓋（gài）排水改造後的效果十分理想（xiǎng），再也沒有出現過水淹油盆的情況，各部運行正常，解決了水輪機排水難的問題，在借鑒經（jīng）驗的同時，我們在推拉杆（gǎn）下部位（wèi）置（zhì）采（cǎi）取試驗的結果表明，該方案是可行的（de），能夠達到（dào）理想（xiǎng）效果。

三、上導油盆甩油及（jí）發電機（jī）運行溫升偏高的消除

1發電機上導油盆甩漏油嚴重，同時定子運行溫升偏高

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題，上機架周圍（wéi）時常是一片（piàn）油汙，為了**運行隻有定（dìng）期頻繁向（xiàng）上導油盆補（bǔ）油。

2001年起，站（zhàn）發（fā）電機定子運行溫升逐漸升高，2001年為45oC，2002年54oC，2003年為66oC，*高運行溫（wēn）度達到93oC（為1#機組），明（míng）顯升高。

2原因分析與判斷

針（zhēn）對站發電機的設備（bèi）缺陷（xiàn），電（diàn）站（zhàn）作了大量試驗（yàn），並多次召開專題研討（tǎo）會，但缺陷原因沒有定論，*後決定先對1#機組進行擴大（dà）性檢修，在檢（jiǎn）修中繼續試驗，查找定子溫升（shēng）偏高的直（zhí）接原因。

2.1發電機（jī）上導油盆甩漏油的原因分析。

仔細檢查（chá），發現油盆完（wán）整無損，頂蓋周圍密封良好，底側均無漏油，可（kě）以排除油盆及其他密封所致的漏油（yóu）。進一步檢查發現，發電機大軸與頂蓋之間的密封毛氈中含有（yǒu）大量（liàng）的透平油，初步懷疑漏（lòu）油點為大軸與油盆（pén）蓋板之處，但（dàn）油位達不（bú）到該（gāi）處，也就是說，此高度（dù）無油。經過大量的實驗發現（xiàn），機組在600R/min的正常運行（háng）下，油盆內的油沾著大軸（zhóu）呈螺旋形爬上，由大軸與油盆蓋板之間的細小間隙甩（shuǎi）出，呈霧狀，遇外（wài）界冷空氣凝結成（chéng）為油（yóu）珠。這（zhè）才是真正的甩漏油的原因。

2.2發電機（jī）定子溫升偏高的原因分析。

發電機（jī）轉子吊出後，進行了定子鐵芯損耗（hào）試驗，測（cè）得鐵芯單位損耗為1.80w/kg。該發電機鐵芯材料為D41矽鋼片，厚度為0.5mm，規範規定該鐵芯衝壓（yā）後鐵損不大於2.08w/kg，故可排除（chú）鐵（tiě）損增加引起（qǐ）定子（zǐ）溫升偏高。定子線圈直流電阻合格，絕緣電阻符合規範，證明溫（wēn）升（shēng）偏高非線圈（quān）接觸**或存在短路所致，可排除銅損（sǔn）增大引起（qǐ）定子溫升偏高。轉子吊出後（hòu），發現定（dìng）子鐵芯和線圈上有大量油垢，定子通風口普遍堵塞，嚴重影（yǐng）響通風散熱。綜（zōng）上分析，發電機鐵損和銅損不會超標，定子（zǐ）溫升偏高的原（yuán）因很可能是定子髒（zāng）汙、通風不暢所致。

3缺陷的（de）綜合處理

3.1發電機油垢的清洗。使用高（gāo）壓專用噴（pēn）槍，用EC-30電氣設備清洗劑噴洗5-6次，然後用白布條（tiáo）擦淨。

3.2定（dìng）子噴漆。清洗（xǐ）並檢查後，對定子進行噴漆處理（1道底漆和2道（dào）麵漆），底漆（qī）為1504環氯脂（zhī）絕緣漆，麵漆為1361灰色環氯（lǜ）脂絕緣漆。

3.3上導油盆技術改造。針對甩漏油的實際情況，重新改造油盆蓋板，把原設計的單純型蓋板改型為雙層，使兩層麵（miàn）間形成一個（gè）空（kōng）腔（截麵為6mm×12mm），蓋板與大軸形（xíng）成雙層密封，使（shǐ）該沿大軸爬上的油及油盆內的油氣串過**道密封後進入預設（shè）的空腔中，遇冷成為油珠收集在空腔之中，再加設射流泵收回集油（yóu）槽。

4處理效果

檢修後機組經3年時間運行，實踐證明，機組缺陷的原（yuán）因分析和處（chù）理是正確的，大修後發電機定（dìng）子（zǐ）運行溫度（dù）*高為71oC，發電機上導油盆甩漏油（yóu）問題也徹底**，取得了圓滿成功。

四、結論與探討

經過初步的探（tàn）索（suǒ），針對性地開展（zhǎn）了一（yī）些技術上的改（gǎi）造，有效地解決了該電站發電機組存在的汽蝕嚴重、機組振動大、排水困難、上導油（yóu）盆甩油嚴重及定子溫升偏高等一係列缺陷問題，取得較為顯著的效果。同（tóng）時總結認為：

（1）國內運行的小（xiǎo）型水電站，多數老式機組，效（xiào）率偏低，汽蝕（shí）嚴重的問題普遍存在，徹底解決問題的*有效辦法就是更換（huàn）選型合適的轉輪。新型轉輪效率已普遍提高，汽蝕（shí）性能也大為好轉，加之不鏽鋼的（de）使（shǐ）用，水輪機汽蝕性能非常優越。更換一個新轉輪的費（fèi）用並不（bú）高，投資少，見效快，是老機組改造的（de）優先選擇。

（2）機組大修周期，規範規定，非泥沙水電（diàn）站水輪機大修間隔4-6年，但依據（jù）實（shí）踐證明，在機組存在缺陷（xiàn），可能威脅設備**時，應縮短大修周期（qī），通過大修徹（chè）底處（chù）理（lǐ）存在的問題，以確保**運行。

（3）維護良好運行生產環境，在電站生產中非常重要。油垢等的存在，會對正常的運行（háng）帶來障礙，甚（shèn）至造成（chéng）嚴重的（de）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（huá）油的外漏，以確（què）保**高效（xiào）運行。

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