二灘水電站發(fā)電機(jī)制動(dòng)器故障檢查及分析

肖玲

(雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司二灘水力發(fā)電廠，四川攀枝花 617100)

二灘水電站發(fā)電機(jī)制動(dòng)器故障檢查及分析

肖玲

(雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司二灘水力發(fā)電廠，四川攀枝花 617100)

介紹了二灘水電站發(fā)電機(jī)制動(dòng)器的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)制動(dòng)器出現(xiàn)的典型故障，提出了行之有效的檢查方法并分析了故障產(chǎn)生的原因，為制動(dòng)器的運(yùn)行維護(hù)提出了建議。

發(fā)電機(jī);制動(dòng)器;故障檢查;原因分析;二灘水電站

1 概述

二灘水電站位于四川省攀枝花市米易縣和鹽邊縣境內(nèi)的雅礱江下游河段，距攀枝花市46km，是雅礱江干流上開(kāi)發(fā)的第一座水電站。二灘水電站是以發(fā)電為主的水電樞紐工程，水庫(kù)正常蓄水位高程1200m，總庫(kù)容58億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容34億m3，具有季調(diào)節(jié)能力。二灘水電站安裝6臺(tái)單機(jī)容量為55萬(wàn)kW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為330萬(wàn)kW，多年平均發(fā)電量170億kW·h。

二灘水電站首臺(tái)機(jī)于1998年8月投入運(yùn)行，2000年工程竣工，累計(jì)發(fā)電量已超過(guò)2000億kW ·h，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。機(jī)組投產(chǎn)至今，在長(zhǎng)達(dá)16a的運(yùn)行和檢修期間，也出現(xiàn)了很多故障和缺陷，但經(jīng)電廠技術(shù)人員的認(rèn)真分析和處理，機(jī)組始終保持較好的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。筆者針對(duì)二灘水電站發(fā)電機(jī)制動(dòng)器出現(xiàn)的故障進(jìn)行了檢查分析，并提出了運(yùn)行維護(hù)建議。

2 發(fā)電機(jī)組制動(dòng)器結(jié)構(gòu)原理

二灘水電站發(fā)電機(jī)型號(hào)為 SF550－42/ 12782，布置形式為立軸半傘式。水輪發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)采用機(jī)械制動(dòng)方式，24個(gè)制動(dòng)器分四組對(duì)稱安裝在下機(jī)架支腿上以±X、±Y四方向定位，各方向布置一組(6臺(tái))制動(dòng)器，內(nèi)外側(cè)各布置3臺(tái);制動(dòng)環(huán)板分2排、共100塊，布置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子下方，材質(zhì)為Q235－A。另外，檢修時(shí)在發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)管道內(nèi)部通高油壓，制動(dòng)器還起到頂起裝置的作用，將水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分頂起并鎖錠，以方便對(duì)發(fā)電機(jī)推力瓦進(jìn)行檢修維護(hù)等。

制動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖1所示。其為雙缸結(jié)構(gòu)，電站按機(jī)組俯視順時(shí)針運(yùn)行方向給每臺(tái)制動(dòng)器缸體編號(hào)為#1、#2活塞缸，下部單向進(jìn)氣、彈簧復(fù)位。在制動(dòng)器活塞上設(shè)有一道組合式U型動(dòng)密封，材料為丁氰橡膠，用于阻擋活塞下腔介質(zhì)進(jìn)入上腔。活塞缸底部設(shè)有一道O型靜密封，橡膠材料，用于防止活塞內(nèi)的介質(zhì)向外滲漏?；钊咨喜繅喊鍍?nèi)孔裝有銅制的抗磨環(huán)，銅環(huán)內(nèi)裝有一個(gè)防塵圈，防塵圈由軟毛氈材料制成，用于防止外部粉塵等異物進(jìn)入活塞上腔。在活塞缸的上部外側(cè)裝有一個(gè)呼吸器，活塞動(dòng)作時(shí)，上腔的氣體經(jīng)呼吸器排出、吸入，使活塞動(dòng)作順暢。在活塞體上部裝有一個(gè)預(yù)壓緊的彈簧，活塞上移時(shí)，彈簧再次被壓縮儲(chǔ)能，活塞下腔撤壓后彈簧在回復(fù)力的作用下將活塞下壓。在閘瓦托板的對(duì)角位置安裝有兩個(gè)φ37 mm導(dǎo)向柱，其作用是在制動(dòng)時(shí)限制閘板、彈簧等部件在制動(dòng)摩擦傾覆力矩作用下的過(guò)度傾斜;并在制動(dòng)器起落時(shí)引導(dǎo)其起落軌跡、調(diào)整活塞不同步時(shí)的偏差?；钊敳康穆菟▽㈤l瓦托板與其緊密聯(lián)結(jié)，使閘瓦隨活塞同步上下運(yùn)動(dòng)。制動(dòng)器恢復(fù)下落的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自活塞自重、活塞頂部連接件的重量和受壓彈簧的回復(fù)力的聯(lián)合作用。

3 故障現(xiàn)象

2007～2008年，二灘水電站對(duì)6臺(tái)發(fā)電機(jī)組完成了一輪機(jī)組小修工作。2008年2月26日02∶43，在5號(hào)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)停機(jī)過(guò)程中，5號(hào)發(fā)電機(jī)組制動(dòng)閘腔體氣壓無(wú)壓后，CCS扳制動(dòng)器在“投入”位置;03∶17，CCS發(fā)“5號(hào)發(fā)電機(jī)組制動(dòng)器位置下落”。09∶00，在停機(jī)狀態(tài)下將制動(dòng)器投退1次，檢查發(fā)現(xiàn)－X、－Y、+Y方向側(cè)各有1個(gè)制動(dòng)器未自動(dòng)下落，2h后檢查－X、+Y方向側(cè)制動(dòng)器已自動(dòng)下落，－Y方向側(cè)制動(dòng)器則仍未下落。遂在停機(jī)狀態(tài)下又將制動(dòng)器投退1次，檢查發(fā)現(xiàn)+X、－Y方向側(cè)各有1個(gè)制動(dòng)器未自動(dòng)下落。將+X方向側(cè)未下落的制動(dòng)器分解檢查并重新裝配后，在停機(jī)狀態(tài)下反復(fù)投退制動(dòng)器，發(fā)現(xiàn)+ X方向側(cè)制動(dòng)器下落正常，－Y方向側(cè)一個(gè)制動(dòng)器始終不下落。

圖1 制動(dòng)器裝配圖

4 對(duì)出現(xiàn)故障的制動(dòng)器進(jìn)行檢查

電廠技術(shù)人員對(duì)始終不下落的－Y方向外側(cè)的1個(gè)故障制動(dòng)器進(jìn)行了分解檢查和測(cè)量。

4．1 制動(dòng)器零部件尺寸配合情況檢查

對(duì)制動(dòng)器活塞和導(dǎo)向柱等零部件尺寸進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量的尺寸包括:制動(dòng)器活塞缸內(nèi)徑、制動(dòng)器活塞外徑、導(dǎo)向孔內(nèi)徑、導(dǎo)向柱外徑，并以此計(jì)算活塞缸與活塞、導(dǎo)向孔與導(dǎo)向柱之間的配合總間隙。與4號(hào)、6號(hào)發(fā)電機(jī)組制動(dòng)器的零部件(每臺(tái)機(jī)組抽樣2臺(tái)制動(dòng)器共4個(gè)活塞、4個(gè)活塞缸)尺寸進(jìn)行對(duì)比的結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 活塞和導(dǎo)向柱零部件尺寸對(duì)比表 /mm

通過(guò)尺寸測(cè)量和對(duì)比發(fā)現(xiàn):5號(hào)發(fā)電機(jī)組－Y方向外側(cè)故障制動(dòng)器#2活塞缸與活塞之間的配合尺寸相對(duì)于其它機(jī)組制動(dòng)器偏小，最小配合總間隙尺寸為0．12mm，單側(cè)間隙僅為0．06mm。由此可以判定，造成配合總間隙尺寸較小的原因是活塞外徑尺寸偏大。

4．2 彈簧性能測(cè)試情況

對(duì)該制動(dòng)器的兩個(gè)彈簧與備品制動(dòng)器的兩個(gè)彈簧進(jìn)行了性能對(duì)比測(cè)試。

測(cè)試方法:選取試驗(yàn)載荷三個(gè)級(jí)別:196N，392N，588N，在試驗(yàn)臺(tái)上分別作用于四個(gè)彈簧，測(cè)量各自的壓縮進(jìn)程和回彈回程位移量并進(jìn)行位移量對(duì)比。

測(cè)試結(jié)果:相同試驗(yàn)載荷下，四個(gè)彈簧壓縮進(jìn)程和回彈回程位移量無(wú)顯著差異，說(shuō)明四個(gè)彈簧力學(xué)性能基本一致。

4．3 其它檢查情況

在分解故障制動(dòng)器后，發(fā)現(xiàn)配合總間隙尺寸較小，#2活塞缸有一處局部摩擦的痕跡較其它活塞缸略為明顯，其呈條塊形，痕跡表面略顯粗糙但未見(jiàn)毛刺;其它部位檢查未發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器托板有較大變形、活塞密封損壞、油缸內(nèi)有機(jī)械雜質(zhì)等異常情況。

5 故障原因分析

由于在檢修過(guò)程中，所有的機(jī)組均進(jìn)行過(guò)制動(dòng)器密封更換的工作，但制動(dòng)器不能正常下落的缺陷卻集中出現(xiàn)在5號(hào)發(fā)電機(jī)組，通過(guò)對(duì)缺陷進(jìn)行跟蹤和檢查，分析其產(chǎn)生的原因如下:

5．1 新?lián)Q密封的影響

制動(dòng)器活塞密封為組合式U型密封圈，U型口朝下安裝，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，制動(dòng)器下腔通壓縮氣體，頂起制動(dòng)器閘瓦實(shí)施機(jī)組制動(dòng)，同時(shí)氣壓將U型密封圈緊緊地壓在活塞缸壁上以保證不發(fā)生壓縮氣體泄漏。停機(jī)流程結(jié)束后，制動(dòng)器氣壓撤除，活塞在預(yù)壓彈簧及自重的作用下克服各種摩擦阻力自動(dòng)落下復(fù)位。一方面，由于未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行磨損，新密封圈比舊密封圈外徑要大，自然增加了制動(dòng)器活塞下落復(fù)位過(guò)程中的摩擦阻力;另一方面，由于密封圈在氣壓作用下，緊密貼在活塞缸壁上，將密封圈外圈表面與活塞缸內(nèi)壁表面之間的氣體擠盡，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)真空狀態(tài)，兩者結(jié)合得更加緊密而造成活塞下落復(fù)位開(kāi)始時(shí)的初始摩擦阻力增大。

5．2 活塞缸與活塞配合間隙的影響

制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器會(huì)承受較大的切向分力和一定的徑向分力的共同作用，制動(dòng)器動(dòng)作部分可以在導(dǎo)向孔和導(dǎo)向柱總間隙范圍內(nèi)產(chǎn)生側(cè)向移動(dòng)，且產(chǎn)生在兩個(gè)活塞和制動(dòng)器活動(dòng)支撐板構(gòu)成的構(gòu)架內(nèi)可以承受的微量偏轉(zhuǎn)，但這種側(cè)向移動(dòng)量和偏轉(zhuǎn)量都是微小的?；钊怪狈较驁A弧型的設(shè)計(jì)不足以使活塞和活塞缸直接發(fā)生卡塞，但由于其配合間隙小，使得密封圈不僅受到更大的壓縮，而且在活塞微量偏轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩側(cè)不對(duì)稱的、相對(duì)于密封圈更大的擠壓作用，因而產(chǎn)生出更大的摩擦阻力，該阻力增加了活塞下落復(fù)位時(shí)的初始摩擦阻力。

此次檢查發(fā)現(xiàn)的#2活塞缸有一處較為明顯的條塊形摩擦痕跡，正是因?yàn)槠渑浜祥g隙小以及活塞缸內(nèi)存有細(xì)小的雜質(zhì)，在長(zhǎng)期運(yùn)行中的摩擦作用下產(chǎn)生的。

根據(jù)以上檢查結(jié)果和綜合分析可以得出以下結(jié)論:二灘水電站5號(hào)發(fā)電機(jī)組－Y方向外側(cè)制動(dòng)器不能正常下落的原因是由于該制動(dòng)器#2活塞內(nèi)活塞與缸體的配合間隙較小，而且在更換新密封圈后摩擦阻力較大造成的。

5．3 處理措施

整體更換該制動(dòng)器并檢查其間隙和密封配合情況。

6 對(duì)機(jī)組運(yùn)行維護(hù)提出的建議

基于以上檢查分析和處理過(guò)程可以得出以下結(jié)論:更換發(fā)電機(jī)制動(dòng)器前一定要仔細(xì)檢查，確?；钊透左w之間的間隙符合要求;另外，在運(yùn)行過(guò)程中，類似機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器如果遭受過(guò)大切向力的作用，也會(huì)造成導(dǎo)向柱、彈簧、活塞的傾斜，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向柱、彈簧變形，因此，一定要提高自動(dòng)化元件的可靠性和控制邏輯的正確性，確保在規(guī)定轉(zhuǎn)速以下投入制動(dòng)器;在機(jī)組檢修頂起轉(zhuǎn)子后，檢修人員習(xí)慣在制動(dòng)器托板下部塞入鎖錠板以承受轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量，這樣的支撐方式易造成托板的拱曲變形，該變形量的疊加也會(huì)造成活塞回落卡阻，因此，應(yīng)當(dāng)盡量避免這種操作。

(責(zé)任編輯:李燕輝)

成都院榮獲2014年電力行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)

成都院組織編寫的《2014年全國(guó)電力行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)申報(bào)材料》，經(jīng)中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司推薦報(bào)送中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)、中國(guó)水利電力質(zhì)量管理協(xié)會(huì)。根據(jù)中國(guó)水利電力質(zhì)量管理協(xié)會(huì)《卓越績(jī)效評(píng)價(jià)準(zhǔn)則電力行業(yè)實(shí)施指南(試行)》和《電力行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)評(píng)審管理辦法》，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)和中國(guó)水利電力質(zhì)量管理協(xié)會(huì)專家對(duì)成都院進(jìn)行資格審查和材料評(píng)審，并通過(guò)材料評(píng)審。經(jīng)過(guò)對(duì)成都院進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審，同意推薦成都院評(píng)定“全國(guó)電力行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)”。經(jīng)電力行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)綜合審定，最終成都院以2014年度申報(bào)電力行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)各單位中總分第一名(成都院總分692分，卓越績(jī)效評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分值滿分為1000分)的驕人成績(jī)榮獲2014年全國(guó)電力行業(yè)質(zhì)量獎(jiǎng)榮譽(yù)。

TV7;TV738;TV734

B

1001-2184(2015)01-0093-03

肖 玲(1977-)，女，湖北房縣人，工程師，從事水電站機(jī)械設(shè)備檢修維護(hù)工作．

2014-11-11