發電機上導軸承冷卻水管連接器漏水原因分析

祁廣福，梁國玲

(青海黃河上游水電開發有限責任公司積石峽發電分公司，青海 海東 810801)

0 引言

水電站中的油、氣、水系統基本都使用金屬管道，其連接方式有：螺紋連接、焊接連接、法蘭連接、承插連接、溝槽連接、補償器連接、管道連接器連接等形式。與其他連接方式比較，管道連接器具有簡單、可靠、安裝快速的特點，只需將管道連接器推到管子的端口并緊固即可；與法蘭連接比較，管道連接器重量減輕75 %、體積減少50 %、噪音降低60 %～80 %。同時，它還具有抗沖振、消噪聲、長壽命使用、免維護、搶修方便等優點。因此，在國內外管道連接中，管道連接器被廣泛采用。

2013-07-29，某水電站運行中的3號機組上導軸承冷卻水管道連接器發生漏水事件，導致機組事故停機。

1 事故簡介

2013-07-29T20:51，調度令機組開機；20:55，3號機組并網帶有功300 MW；20:57，3號機組發電機不完全縱差保護動作、橫差保護動作，發電機出口斷路器分閘、滅磁開關分閘、機組事故回路動作停機。

事故發生后，就地檢查發現3號機組發電機層有煙霧散出，發變組1，2號保護盤保護出口紅燈亮，發電機大蓋板有變形。風洞內檢查發現定子繞組的550，551，566號線棒上端部絕緣盒、并頭塊燒損，523～593號線棒過橋引線表面發黑；轉子上平面有積水，上導冷卻水管道連接器發生錯位并漏水。

2 連接器錯位漏水原因分析

經過現場調查及分析，查明造成連接器錯位、漏水有以下幾點原因。

2.1 管道安裝質量存在缺陷

發電機上導軸承冷卻水管道為不銹鋼無縫管，規格為Φ89×4.5 mm，采用管道連接器連接。根據廠家安裝資料，安裝該管道連接器時需注意的主要公差值包括：管子兩端允許的最大間距、軸線不對中連接偏差、兩管之間軸線角度偏斜、橢圓度和管外徑相差許可量等。現場對上導冷卻水管進行檢查測量，有以下2個指標與安裝技術要求不符，且相差較大。

(1) 軸線不對中連接偏差超標。按照捷英特限位管道連接器的安裝公差要求：該通徑管道兩管軸線不對中連接最大軸心偏移量≤3 mm。現場實際測量漏水的管道最大軸心偏移量接近10 mm，遠遠超過最大偏差≤3 mm的要求。

(2) 管道管端間距超標。按照廠家安裝技術要求：此通徑管道兩管之間允許的最大距離為10 mm，現場實際測量管端軸向間距為15 mm，超過技術要求5 mm。

對3號發電機上導軸承相同部位另一根未漏水冷卻水管連接器管道偏差、間距進行測量，發現其管道軸線不對中連接偏差小于3 mm，管道兩端軸向間距小于10 mm，管道安裝質量滿足管道連接器生產廠家安裝技術要求。

2.2 管道存在振動

2.2.1 機組振動

水輪發電機組的振動主要有機械振動、水力振動和電磁振動，這是由設計、制造、安裝、檢修、運行等多方面原因造成的，是水電站一個普遍存在的問題。

由于機組振動會造成各連接部件松動，在各轉動部件與靜止部件間產生摩擦，所以管道連接器的把合螺栓和管卡固定螺栓也易松動，從而導致管道連接器發生位移。

2.2.2 管流脈動

管道中的水流在減壓閥減壓和支管分流后處于脈動狀態。當遇到彎管頭、異徑管、控制閥等管道元件時，脈動的水流會產生隨時間變化的激振力。在這種激振力的作用下，管道和附屬設備產生振動。管流脈動引起管道長期振動，導致管道連接器松動、位移。

2.2.3 湍流

管道內流體流速過快呈不規則運動形成湍流，引起管道振動。

2.2.4 管道固定吊架安裝位置不適

管道連接器設計軸向有抗拉能力，但需在連接器兩端就近管道安裝支架，電站管道連接器兩端也裝有支撐管卡，但均距離管道連接器較遠。實際測量靠主軸端的管卡安裝位置距離管道連接器1.8 m，靠機坑里襯端的管卡安裝位置距離管道連接器4.7 m。

2.3 水錘的影響

在壓力冷卻水管道中，因閥門突然關閉或開啟造成水流速度突變，引起壓強急劇升高或降低的交替變化，從而產生水錘。水錘產生的瞬時壓強可達管道中正常工作壓強的幾十倍，甚至數百倍。這種大幅度壓強波動可導致管道系統強烈振動，并可能破壞管道的閥門、接頭、管道連接器和壓力表等管件，對管道系統造成較大破壞。

此外，由于機組技術供水管路布置的影響，減壓閥與技術供水總閥之間的距離較短，導致供水總閥關閉后減壓閥后的水壓逐漸上升到與減壓閥前壓力一致，機組技術供水總閥開啟時減壓閥后壓力高，對管道沖擊也較大(通水后減壓閥逐漸將壓力降至設定值)。

實際測量得知：機組技術供水系統總閥關閉和開啟時間約為20 s，總閥開啟時在發電機風洞內能清楚聽到水錘產生的碰撞聲，在通水瞬間造成上導冷卻水管道振動較大。

綜合上述分析，得知導致上導軸承冷卻水管道連接器脫開漏水的主要原因是：機組安裝時，管道裝配質量存在缺陷，不符合管道連接器連接安裝工藝要求；由于管道處于振動狀態，并不斷承受管道通水時的水錘沖擊，造成管道連接器松動和位移，最終在機組開機時因管道內水壓突變較大，導致管道連接器脫開、漏水。

3 解決對策

鑒于發電機上導軸承冷卻水管道連接器所處的位置在轉子上部，一旦發生漏水將嚴重危及機組安全運行，故將原管道連接器連接方式改為法蘭連接，并采取防止法蘭把合螺栓松動的措施。

4 建議

(1) 機組檢修后進行通水試驗時，發現風洞內冷卻水管道振動較大，需要采取措施以減小水錘影響。例如：對減壓閥進行改造，使之不僅具有減壓功能，還具備開啟、截止功能；開停機時不再操作供水電動總閥，改為操作減壓閥實現技術供水通斷及減壓。

(2) 拆除管道連接器進行恢復時，應嚴格按廠家安裝技術工藝要求，確保管道連接器安裝質量處于要求標準。

(3) 對發電機風洞內的冷卻水管道固定和支撐薄弱的部位進行補強加固。

(4) 定期檢查管道連接器固定螺栓是否松動；若松動，則緊固。

5 結束語

目前，管道連接器作為一種廣泛使用的管道連接方式，技術本身不存在問題，但若其處于發電機定子、轉子上部，一旦漏水將嚴重危及機組安全。鑒于法蘭連接的軸向抗拉能力強于管道連接器，在設計、制造上導軸承冷卻水管道時應采用法蘭連接方式，同時對管道支撐進行優化，確保管道運行安全可靠。