試論水電廠水輪機檢修方式及能量問題

吳邦華

樂山電力股份公司峨眉山市分公司小楔頭電站

摘要：水輪發(fā)電機組的檢修是綜合性的系統(tǒng)工程。如前所述，目前我國水輪發(fā)電機組仍然主要采取定期預防維修制度，必須貫徹“安全第一，預防為主”的基本方針。除了整舊如新、恢復機組性能外，還應(yīng)該逐步過渡到以提高機組的整體性能為主的改進性檢修。本文將主要探討水電廠水輪機檢修方式及能量問題。

關(guān)鍵詞：水電廠；水輪機；檢修方式；能量問題

由于各水電站技術(shù)供水方式不同，有的水電站的技術(shù)供水可能會向正在進行檢修中的蝸殼內(nèi)反供水，影響工作面的安全。因此，各水電站應(yīng)根據(jù)本電站的具體情況，隔離技術(shù)供水主、備用水源。對使用公共排水廊道排水的水電站，要確保其余機組的尾水排水閥在關(guān)閉狀態(tài)；多臺機組同時檢修排水時，還應(yīng)做好排水技術(shù)方案，防止水源從公共排水廊道進入檢修機組造成人員傷亡或水淹廠房事故。對于有調(diào)相補氣或強迫尾水補氣系統(tǒng)的水電站，應(yīng)切斷氣源，防止因誤動等原因出現(xiàn)壓縮空氣噴出對人身造成傷害的情況。水輪機內(nèi)的檢修作業(yè)工作面因涉及活動導水葉，為了防止導葉突然轉(zhuǎn)動，危及水輪機內(nèi)檢修作業(yè)人員安全，必須做好防止轉(zhuǎn)動措施；機械方面要求壓力鋼管消壓、調(diào)速系統(tǒng)消壓（或關(guān)閉調(diào)速系統(tǒng)主供油閥切斷壓力源），并投入接力器鎖錠裝置；電氣方面必須切斷機組與系統(tǒng)的電氣連接，做好閉鎖措施，防止誤動合閘，使機組旋轉(zhuǎn)造成傷害事件[1]。

一、水電廠水輪機檢修工程的組織和管理

水輪發(fā)電機組不論是單機運行還是并網(wǎng)運行，都需要穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。但是由于負荷的變化要保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速十分困難，轉(zhuǎn)速變化導致負荷的頻率變化，而頻率變化就會影響電能的質(zhì)量。并且如果轉(zhuǎn)速過大，對水輪機和零部件十分不利。要使頻率穩(wěn)定，機組的轉(zhuǎn)速就必須穩(wěn)定。但外界負荷不斷變化，要使機組輸出功率與外界負荷相適應(yīng)，就需隨著負荷變化隨時改變機組的輸出功率。機組的輸出功率決定于水輪機的進水流量，水輪機的流量又決定于水輪機的導葉開度，那么，只有隨著負荷變化及時改變水輪機的導葉開度，才能保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，完成這個任務(wù)的設(shè)備就是調(diào)速器。當系統(tǒng)負荷突然減少或因事故使發(fā)電機主開關(guān)跳閘時，水輪機的輸出功率將大大超過發(fā)電機的電磁力，使機組轉(zhuǎn)速大大升高，不及時關(guān)閉水輪機導葉，將使機組的機件因過速而損壞。關(guān)閉水輪機導葉，也由調(diào)速器操作完成，保證了機組的安全，防止出現(xiàn)飛車事故。當接到上級命令需要改變出力或在汛期及枯水期出力變化時，也由操作調(diào)速器完成[2]。

二、水電廠水輪機存在的主要故障

水輪機運行一段時間之后，總會產(chǎn)生一定的空蝕、葉片裂紋等常規(guī)或非常規(guī)的破壞，只是破壞程度不同而已。有的較輕微，甚至十年、二十年不用檢修；有的兩三年內(nèi)即須檢修，尤其是多泥沙河流，水輪機過流部件磨蝕嚴重，甚至表面出現(xiàn)溝槽、掉塊等惡劣現(xiàn)象，亟須檢修維護。改善轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計與制造精度，是從源頭上防止空蝕發(fā)生最有效的辦法。

首先，在水電設(shè)計中，要留有足夠的空蝕安全裕量。準確地計算水輪機吸出高度H。與辯證地確定水輪機安裝高程，不要過于計較開挖費用，要盡量讓水輪機運行在無空化條件下，至少要在空蝕輕微的環(huán)境內(nèi)運行。

其次，在電站運行中，不要過于追求發(fā)電量而使水輪機超負荷運行，這會使水輪機發(fā)生空蝕的可能性增加。

機組設(shè)備破壞嚴重時，機組須大修或擴修，機組停運時間較長，機組部件須吊出機坑處理；而破壞較輕時，就停機后在機坑內(nèi)檢修（稱之小修）。只要是檢修工作（安裝亦如此），都須進行電焊作業(yè)，電焊條用量甚至超過幾t。大量的電焊工作會給作業(yè)人員帶來各種危害。

三、水電廠水輪機的檢修具體措施

水輪機的運行可靠性，不但與運行水平有關(guān)，而且與檢修工作有密切關(guān)系。如果缺乏必要的檢修工作或檢修質(zhì)量不高，設(shè)備隱患不能及時徹底排除，將成為運行中發(fā)生事故的主要原因。而重要事故可能導致某些主要部件完全損壞，使水輪機無法運行，進而影響整個水電站的正常運行。水輪機的檢修可分為事故性檢修和預防性檢修。事故性檢修是指水輪機突然發(fā)生故障時，為及時消除故障，盡快使水輪機恢復正常運行，而進行的臨時性檢修。事故檢修是不可預計的，但也需制訂具體的檢修方案或檢修規(guī)程。預防性檢修是定期進行的檢修，包括小修和大修，具體如下：、

（一）水輪機的小修

水輪機小修項目，除了日常維護以外，還包括局部零件的拆開、修復和更換易損零件及附屬設(shè)備。工作量不大，花費的時間也不多。小修基本是半年一次，一般安排在汛期的前后，不影響汛期發(fā)電。

（二）水輪機的大修

水輪機的大修是指有計劃地、較全面地檢查、修理運行中出現(xiàn)的日常維護和小修無法消除的設(shè)備缺陷，對水輪機各部分的結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)進行全面的檢查調(diào)整。大修的周期，廠家說明書上有規(guī)定，一般2-3年。當然，如果運行情況表明水輪機沒有發(fā)生明顯異常現(xiàn)象，又可預計在以后相當長時間內(nèi)仍能可靠運行，則可延長大修周期。事實上盲目地按規(guī)定在檢修中拆卸運行良好的設(shè)備部件或機構(gòu)，只會惡化設(shè)備的運行性能。為了不因棄水而造成電能損失，大修應(yīng)安排在枯水期[3]。

水輪機各部分最易損壞的是水輪機的轉(zhuǎn)輪，所以，轉(zhuǎn)輪的檢修是水輪機大修的主要項目。其次是水輪機的各部軸承，然后還有其他一些項目。

（1）轉(zhuǎn)輪的大修。轉(zhuǎn)輪是水輪機的核心，是實現(xiàn)水流能量轉(zhuǎn)換的工作部件，轉(zhuǎn)輪的性能對水輪機的性能起著決定性作用。影響轉(zhuǎn)輪壽命的因素通常有三個：一是轉(zhuǎn)輪葉片背弧面，靠近出水處，容易因氣蝕而被破壞；二是轉(zhuǎn)輪的迷宮處容易磨損；三是轉(zhuǎn)輪葉片可能被硬物碰壞。大修時的處理辦法是：1）如果轉(zhuǎn)輪的迷宮處磨損，如其磨損量較少，可用不銹鋼電焊條進行補焊修復。但如果安裝時加以注意，迷宮一般是不會磨損的。2）當受硬物的碰撞，使得葉片變形時，應(yīng)進行校正，使其恢復原來的曲面形狀。3）對轉(zhuǎn)輪威脅最大的還是氣蝕的影響。前面我們了解氣蝕的產(chǎn)生及影響和防止措施。但無論什么方法都無法阻止氣蝕的產(chǎn)生，而只能減緩氣蝕的速度或是減輕氣蝕的程度。產(chǎn)生氣蝕之后，對于針孔狀的氣蝕，只要其針孔沒有連成片，可用紫銅絲打人針孔，銼光即可。嚴重的氣蝕必須進行補焊，一般不能到氣蝕嚴重之后再補。

（三）保障措施

就一般情況而言，主要應(yīng)考慮以下幾個方面：

1.檢修計劃應(yīng)明確。檢修的計劃性一方面表現(xiàn)為要預定檢修周期和檢修類型，另一方面還表現(xiàn)在每一次檢修都應(yīng)有相應(yīng)的計劃。檢修計劃的主要內(nèi)容如下：（1）明確的目的和任務(wù)。根據(jù)檢修周期和機組實際運行的情況，確定本次檢修的目的和主要任務(wù)。一般來說，在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量減少對零部件的拆、裝。由于每一次拆、裝都有可能損壞零部件，因此對原來正常工作的部分就沒有必要拆卸。（2）合理安排人員、時間和進度。應(yīng)根據(jù)以往的經(jīng)驗，并參照類似水電廠的情況，擬定檢修時需要的人員、時間和進度。（3）準備必要的材料、設(shè)備及經(jīng)費。（4）統(tǒng)一調(diào)度和管理，準備檢修記錄的表格等[4]。

2.嚴格按規(guī)程、規(guī)范進行檢修，并確保質(zhì)量各水電廠可根據(jù)本廠機組的具體情況，參照國家、部頒有關(guān)水輪發(fā)電機組檢修規(guī)程，編制相應(yīng)的檢修規(guī)程，并嚴格執(zhí)行，以確保檢修質(zhì)量。

3.檢修過程和結(jié)果均應(yīng)有完整的文字記錄，并做好總結(jié)

檢修過程及結(jié)果的記錄，是機組重要的技術(shù)檔案，對了解機組的歷史和技術(shù)狀況，預測其運行情況，以及下次檢修均具有重要的參考價值。

結(jié)論

水輪發(fā)電機組的檢修是綜合性的系統(tǒng)工程，應(yīng)精心組織、精心安排。安排機組檢修時，應(yīng)有明確的目的和檢修內(nèi)容，并對檢修過程進行有效組織和管理。

參考文獻：

[1]暴鋒.淺析火力發(fā)電廠汽輪機檢修中的狀態(tài)檢修[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，31：115.

[2]余獻富.水輪發(fā)電機組的狀態(tài)檢修方式探索[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，24：73-74.

[3]劉時貴，權(quán)君宗，謝俊.水輪機檢修密封控制技術(shù)探討[J].東方電機，2014，03：11-13.

[4]毛偉.混流式水輪機轉(zhuǎn)輪磨蝕處理與防護[J].廣東科技，2013，06：61-62.