燈泡貫流式水輪發電機組常見故障分析及處理

付雪輝

（國家電投集團廣西長洲水電開發有限公司，廣西 梧州 543002）

國家電投集團廣西長洲水電站位于廣西梧州市上游12km的潯江干流上，電站橫跨三江兩島。從右到左的建筑物是內江廠房開關站、內江發電廠房（6臺機）、內江泄水閘（12孔）、長洲島、中江泄水閘（15孔）、泗化洲島、外江廠房開關站、魚道、外江發電廠房（9臺機）、外江泄水閘（16孔）、1號船閘、沖沙閘、2號船閘、外江右岸土壩。壩頂高程34.6m、壩長3521m，庫區上游多年平均流量6120m3/s，電站安裝15臺單機容量42MW的燈泡貫流式水輪發電機組，總裝機容量為630MW，年設計發電量30億kWh，是一座以發電為主，兼顧航運、灌溉等綜合效益的大型水利樞紐。

長洲水電站自投產以來，基本保證了設備的安全穩定運行，但期間也出現過設備異常現象，經過分析處理，消除了設備的安全隱患。本文就近年來運行過程中設備出現的問題，簡述所采取的處理方法及防范措施。

1 機組運行過程常見故障分析及處理

1.1 機組出口電纜溫度偏高

1.1.1 原因分析

燈泡貫流式機組由于空間結構比較狹窄，發電機出口到出口斷路器之間采用電纜連接，長洲發電機定子出線每相采用4根交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜連接，電纜從定子出線端沿電纜橋架呈品字形均勻排布。發電機在運行中，電纜通過一定負載電流時產生發熱的現象。由于絕緣性能不好，造成絕緣電阻較小、電纜過載、電纜通風散熱效果不理想，影響了電纜的正常散熱，有可能造成機組出線電纜過熱。

1.1.2 處理措施

1.1.2.1 出線電纜橋架增加散熱風機

在機組定子出線電纜橋架層下游側增加通風機，原8.75m電纜橋架層每臺機組下游側均安裝一臺通風機。為增加通風能力，在每臺機組下游側再各增加一臺通風機，并將其控制回路接入原風機控制柜，分為I組風機、II組風機，運行人員可根據環境溫度變化，選擇一組投入或者I、II組同時投入，保證環境溫度在正常范圍，從而保證電纜的正常散熱。另外，在電纜溫度偏高的幾個點，比如電纜的轉角處增加臨時通風機，降低電纜溫度。

1.1.2.2 增加出線電纜，減少單根電纜的載流

將發電機出線電纜每相由4根電纜增加為5根電纜進行分流，從而降低電纜的發熱量及溫度。

1.1.2.3 采用分散固定，提高單根電纜散熱面積

對DTS-2000分布式光纖測溫系統顯示的幾個局部溫度偏高的電纜進行分散排列布置，制作一個固定夾具，將機組定子出線電纜進行分開布置，每根電纜之間留有一定的縫隙，提高通風能力，從而使每根電纜散熱面積增大，有效的降低了電纜運行溫度。

1.1.3 加強運行監視

安裝光纖感溫報警探測系統，實現對機組出線電纜溫度實時監控，及時發現電纜溫度偏高部位，及時調整通風風機運行方式，確保機組出口電纜溫度正常。

1.2 機組勵磁碳刷卡簧斷裂

1.2.1 原因分析

機組運行過程中，勵磁碳刷卡簧斷裂是比較常見的故障，常見原因有：

1.2.1.1 長期多種原因引起個別碳刷彈簧壓力發生變化，接觸電阻發生增大，產生過熱，引起材料性能發生變化，從而引起卡簧斷裂；

1.2.1.2 勵磁滑環表面不光滑，存在凹槽，使得碳刷在運行中受阻，刷握產生振動引起材料疲勞，從而引起卡簧斷裂；

1.2.1.3 由于碳刷本身質量問題，在運行過程中其磨損程度不一樣，碳刷卡簧壓力也不一樣，從而使得電流分配也存在一定的差異，碳刷電流分配的不平衡，使得部分碳刷溫度高，加速碳刷磨損速度，造成碳刷跳動，從而引起卡簧斷裂；

1.2.1.4 正極滑環、負極滑環兩側涂封固定材料老化松動，負極滑環傾斜明顯，與假軸的同心軸發生偏移，導致碳刷卡簧在運行過程中承受交變軸向力，是勵磁卡簧頻繁斷裂的主要原因。

1.2.2 處理措施

加強巡視檢查，及時更換磨損較多的碳刷，確保各碳刷接觸壓力均勻，各碳刷電流分配均勻。

針對正極滑環、負極滑環不同心引起的交變軸向力，主要采取了以下處理方式。

1.2.2.1 勵磁正負極滑環位置調整。檢查機組勵磁正負極滑環的位置是否符合要求，如出現傾斜現象及時調整勵磁滑環上環、下環位置，可使用千斤頂調整，使之符合設計要求；

1.2.2.2 勵磁滑環定位。在勵磁滑環上環、下環位置外側集電環軸上按90度分布距上環、下環外側10mm位置鉆4個孔并進行攻絲。

1.2.2.3 防止正負極勵磁滑環松動。加工絕緣墊塊及絕緣螺栓各8套；用加工絕緣墊塊及絕緣螺栓固定勵磁滑環上環、下環位置，絕緣件涂刷環氧膠，對正負極勵磁滑環進行限位，防止運行中滑環變位傾斜。

另外，從機組二次空氣冷卻系統中引入一路冷風，對勵磁滑環室進行冷卻，結合碳粉吸收裝置，確保機組滑環碳刷運行環境良好。

1.3 機組推力瓦瓦面脫落

1.3.1 原因分析

根據現場情況，初步分析空心鏡板是導致推力瓦面脫落的主要原因。機組運行過程中推力瓦面受到疲勞振動，導致瓦面出現裂紋，在油膜壓力及溫度的作用下發生整塊脫離現象。長洲哈電-東芝機組正向推力較大663t，轉速較低75r/min，即使采用了68號潤滑油，油膜厚度也僅為0.03mm。而現場機組又采用的是空心鏡板，在正向推力負荷穩定的情況下，由于空心鏡板環向軸向剛度的不均勻會產生環向波浪度，鏡板旋轉時各塊推力瓦油膜厚度就會時大時小，發生瓦面受力波動，導致鎢金層疲勞剝落。

1.3.2 處理措施

為了徹底解決哈電-東芝機組瓦面脫落問題，將機組的鏡板由焊接空心鏡板改造為整鍛實心鏡板，同時為減小正向推力瓦變形，正向推力瓦厚度由 125mm 增加到 175mm，鏡板厚度相對變薄，這樣徑向軸承潤滑參數更加優良。

1.3.3 運行防范措施

為確保哈電-東芝機組運行正常，運行人員也采用多種手段加強監視分析，監視機組運行狀態，避免在振動區運行；加強對機組軸承潤滑油系統監視，確保機組軸承潤滑油溫度在正常范圍之內，為機組軸承系統安全運行提供保證。同時加強對軸瓦狀態的檢查，定期利用內窺鏡進行鏡板及推力瓦運行情況的檢查。

1.4 機組槳葉操作油管脫落

1.4.1 原因分析

機組槳葉操作油管的內管采用的是右旋螺紋，也就是常規螺紋，在運行中受到的將是使螺紋松脫的作用力，且未設計安裝銷釘。另外內管螺紋連接處的點焊止動措施不到位，點焊過少，運行中造成焊點脫落，止動功能消失，從而造成槳葉操作油管段脫落，從而引發一系列的故障。

1.4.2 處理及運行防范措施

槳葉操作油管內管采用左旋螺紋，以使內管下游端螺母絲扣運行中受到的作用力是使絲扣越來越緊，并安裝銷釘止動，防止運行中內管松脫[1]。

加強監視，定期巡檢并根據標定的槳葉開度及接力器行程進行核對，做好記錄及數據對比分析，及時發現槳葉操作系統存在的異常。

1.5 機組軸頭輕微漏水處理措施

燈泡貫流式機組導葉軸套漏水現象十分普遍，長洲機組投產后同樣存在導葉軸套漏水問題，在處理過程中也采用了多種方式，包括更換導葉軸承密封、密封唇口加O型密封等，均不能做到滴水不漏，只能減少漏水量。為確保機組廊道層的優良環境，采用接水盒方式，每個導葉軸套上安裝一個接水盒，接水盒與軸套同步運行，再將接水盒的水匯集排至集水井，從而徹底解決了導葉軸承輕微漏水帶來的影響。

1.6 機組調速系統壓油泵頻繁啟動原因分析及處理

1.6.1 壓油泵啟動定置漂移，啟泵與停泵的定置間隔小，造成壓油泵頻繁啟動。

通過調整壓油泵的啟動定置，確保停泵壓力與啟泵壓力有一定的大小，從而保證一定時間的用油量。

1.6.2 調速器導葉（槳葉）主配抽動，用油量過大，造成壓油泵頻繁啟動。

調速器主配抽動分為電氣原因與機械原因，可以通過將導葉（槳葉）切至手動控制，如抽動現象消失，則可判斷為電氣抽動，否則為機械抽動。電氣抽動一般需要查找綜合模塊（控制模塊），機械方面一般為主配中位偏移，可以通過停機后調整主配中位等方法調整。

1.6.3 受油器浮動瓦間隙過大，開關腔與輪轂供油腔竄油過大，造成壓油泵頻繁啟動。

可以通過觀察輪轂高位油箱有無返油現象，判斷有無壓力油返到輪轂供油管回路，不過要處理竄油問題必須待機組檢修時方可解決。

1.6.4 導葉（槳葉）接力器開關腔缸體竄油量較大，造成用油量大，壓油泵頻繁啟動。

1.6.5 輪轂內槳葉開關腔供油管路竄油，一是造成運行中槳葉頻繁調節，槳葉抽動；二是造成用油量過大，壓油泵頻繁啟動。

1.6.6 壓油泵出口止回閥關閉不嚴、壓力油罐排油閥關閉不嚴、調速器供油管路存在滲漏等原因，造成部分壓力油回到調速器回油箱，壓力油罐壓力下降過快，引起壓油泵頻繁啟動。

2 機組運行過程中異常判斷分析

2.1 機組軸瓦溫度異常升高判斷及處理

機組運行過程中，如機組軸瓦溫度較正常運行時出線異常上升現象，但溫度又未達到機組瓦溫過高事故停機值，要求運行人員正確判斷溫度升高的原因，及時采取以下措施：

2.1.1 首先啟動高頂泵，給軸瓦間注入高壓油。無論何種原因引起軸瓦溫度異常上升，注入高壓油都是有利于設備安全的：一是防止潤滑油中斷引起的軸瓦溫度異常；二是可以緩解機組工況差等原因對軸瓦的影響。

2.1.2 檢查機組軸承冷卻系統。檢查軸承冷卻系統是否正常，是否由于冷卻水壓不足造成冷卻效果差，從而導致軸瓦溫度上升。

2.1.3 檢查機組軸承潤滑油系統，防止管路出現漏油現象。

2.1.4 調整機組工況，避免機組處于振動區域運行。

如果檢查未發現異常，同時其他措施未緩解軸瓦溫度上升，應及時申請停機，避免引發設備損壞事故。

2.2 槳葉主配抽動異常判斷及處理

燈泡貫流式機組在運行過程中，常見槳葉主配異常抽動，影響設備安全運行，運行人員分析及處理過程主要有：

2.2.1 通過分析壓油泵啟停間隔時間，初步判斷機組調速器系統出現異常，造成用油量增加；

2.2.2 首先要判斷是電氣方面還是機械方面原因引起的主配抽動現象，可以將主配切手動控制，切除電氣控制部分，如果主配恢復正常，則為電氣方面引起的抽動，否則為機械方面的原因，根據實際故障情況通知專業維護人員處理；

2.2.3 在未處理之前，如果為電氣方面原因，可以將槳葉切“手動”位置，暫時維持設備運行，如果為機械方面原因，抽動已影響設備安全運行，應申請停機處理。

2.3 軸承潤滑油冷卻器內部滲油異常判斷及處理

軸承潤滑油冷卻器主要是對機組潤滑油進行冷卻，一般采用殼式油冷卻器或板式油冷卻器。殼式油冷卻器內部細銅管通油外部通水進行冷熱交換，長時間運行后容易出現內部銅管破裂，造成少油或油混水，運行應加強對其的分析跟蹤。

2.3.1 每值進行設備運行分析，分析機組軸承高位油箱、低位油箱油位變化曲線，如果發現油位呈現下降趨勢，應對軸承潤滑油回路進行檢查，看有無明顯滲漏點，同時打開機組軸承潤滑油冷卻器冷卻水的壓力表排氣閥，看排出的水是否含油，如果含油則可判斷油冷器內部滲油；

2.3.2 倒換油冷器運行，倒換后做好油位分析跟蹤，確保已切除故障設備。

3 結語

上述針對燈泡貫流機組常出現的問題進行原因分析，闡述處理過程，對運行人員在處理常見異常方面的經驗進行總結，目的是提高運維人員的技能水平，給同類型機組的檢修、運行有所借鑒，確保設備的安全穩定運行。