水輪發電機組安裝中的問題與措施

劉雙志

摘要：在水力發電站當中，水輪發電機組所屬核心設備，機組安裝工作質量和發電站運行安全及穩定有重要影響。目前，水輪機安裝階段通常由于固定結構、軸線軸瓦間隙、鏡板受力、高程控制等方面存在問題，導致安裝質量受到影響，威脅機組的安全運行。該文對以上問題展開分析，重點論述機組安裝問題的解決之策，期待通過詳細分析，找到機組安裝質量缺陷和應對策略，不斷提高安裝質量，促進水輪發電機安全運行，保證供電質量。

關鍵詞：水輪發電機組?安裝技術?固定結構?高程控制

中圖分類號：TV734??文獻標識碼：A

Problems?and?Measures?in?the?Installation?of?Hydroelectric?Generating?Units

LIU??Shuangzhi

（Xinhua?Hydropower?Company?Limited，Beijing，100071?China）

Abstract：?In?the?hydroelectric?power?station，?hydroelectric?generating?units?are?core?equipment，?and?the?installation?quality?of?the?unit?has?an?important?impact?on?the?operation?safety?and?stability?of?the?power?station.?At?present，?in?the?installation?stage?of?the?turbine，?the?installation?quality?is?usually?affected?due?to?problems?in?the?fixed?structure，?axis?shaft?tile?clearance，?mirror?plate?force，?elevation?control?and?other?problems，?threatening?the?safe?operation?of?the?unit.?The?paper?analyzes?the?above?problems，?and?focuses?on?the?solutions?of?the?installation?problems?of?the?unit，?looking?forward?to?finding?the?installation?quality?defects?and?countermeasures?of?the?unit?through?detailed?analysis，?constantly?improving?the?installation?quality，?promoting?the?safe?operation?of?the?turbine?generator，?and?ensuring?the?quality?of?power?supply.

Key?Words：Hydroelectric?generating?set;?Installation?technology;?Fixed?structure;?Elevation?control

當前，隨著社會的快速發展，各行業對電能的需求量越來越高。水電站當中水輪發電機組功能的發揮和安裝操作流程息息相關，只有嚴格控制機組安裝質量，才能提高其使用的安全性。然而，在機組安裝階段，可能由于操作人員技術措施運用不當，導致安裝過程存在質量缺陷，后期機組運行存在各類問題，對于發電質量造成影響。對此，需要行業人員深度分析機組安裝問題所在，給予高度重視，規范安裝操作，合理應用安裝技術，為發電機組的良性運行提供支持。

1?水輪發電機組安裝問題

1.1固定結構

在水輪機組安裝階段，固定結構是對機組固定中心確認依據，也是電機定子、轉子中心確認重點。在安裝過程中，施工人員對于固定中心確認不準，導致機組后期運行難以將附加力作用在軸承部件之上。同時，固定結構安裝有偏差、有錯誤，發電機組運行過程會出現動力失衡，對于機組發電安全、發電效率均回產生嚴重影響，更甚會影響機組使用壽命。

1.2軸線軸瓦間隙

水輪機組安裝，涉及軸線、軸瓦等部件處理，如果二者間隙處理存在問題，就會對機組運行質量造成影響。部分人員在法蘭水導、上導、下導等安裝階段，未注重點位的控制，導致點位選取不在相同垂線上。同時，安裝階段清潔工作不夠細致，使鏡板、推力瓦之間有雜質存在，影響機組運行。盤車作業階段，固定結構中心檢查操作缺乏，難以及時發現碰撞或者損傷類型問題，檢查階段信息記錄不夠全面，間隙調整不及時。除此之外，部件安裝測點位置選擇在粗糙區域，對于部件讀數精準性產生影響。開啟連軸法蘭止口時間隙過大，使機組電機軸部件、其他部件出現中心偏離問題，儀表讀數不精準，影響機組運行受力平衡[1]。

1.3鏡板受力

發電機組安裝鏡板受力也是重點問題之一，鏡板會受到水平方向的力，還會受到推力。部分人員在推動鏡板的時候沒有控制調整方法，安裝以后獲得的測量結果不夠準確，儀器存在誤差，單純通過手感難以判斷誤差情況，使鏡板頂部位置千分表數據誤差相對較大。人員在鏡板邊緣處對于其水平狀態進行檢測，忽視了推力瓦受力的變化影響，導致鏡板水平值測量存在問題。除此之外，利用千分表監測作業流程，沒有對推力瓦采取逐塊讀數，常常在完成兩塊以后讀數，甚至推力瓦處于打圈情況下就進行回零處理，鏡板受力問題和處理操作不當，對于發電機組安裝質量造成嚴重影響。

1.4高程控制

水輪機組在安裝階段，下機架的高程控制問題也是影響安裝質量的重點。部分人員在安裝階段沒有將機組固定部件、轉動部件之間高程差的分配問題考慮其中，導致高程確認存在誤差。同時，基坑測定返點階段沒有將卷尺本身誤差考慮其中，使基坑測定誤差偏高。下機架高程測定誤差超出范圍，座環加工、導水機構尺寸不夠精準，確定過程沒有考慮溫度因素，預裝階段測量工具誤差考慮缺乏，定子線棒的下線對于其中心線高程復核不夠準確。此外，轉子的磁極中心誤差控制不夠合理，沒有注重變形量監測，轉子吊裝和主軸連接以后，未能及時對上下止漏環的和定子中心高差及時測量，從而出現高程偏差問題[2]。

2?水輪發電機組安裝問題解決策略

2.1固定結構問題的解決

對于發電機組的固定結構中心位置確認存在的問題，施工人員需要明確該結構的功能和重要性。在安裝階段，為了保證發電機氣密分布均衡，需要正確安裝機組的固定部分，并以此為依據將固定中心準確測定出來，讓機組電機定子、旋轉部位中心也得以準確安裝。因為只有固定中心確認以后，機組運行的附加力才能全部作用在軸承部件上方，確保機組能夠長期對軸線產生支撐作用，以免運行階段出現波動問題。機組安裝階段，應重點注意固定結構定位問題，提高安裝準確度，以免發電過程機組出現受力不平衡問題，確保機組運行效率和安全。同時，機組安裝階段，作業人員需要高度重視固定結構中心安裝，如對轉輪的安裝，還需在固定結構中心安裝時，注意擋油桶這類部件的管理，預防結構出現“偏心”的問題，還能避免機組運行期間“甩油”現象出現，降低安裝問題對于軸承部件產生損傷。機組安裝中心結構位置確認過程，不應該受到固定結構形狀、性質方面影響。當固定部分能夠確定的直徑數量超過3個，可確定的讀數超過6個，即可按照固定中心不同區域直徑中心點，將其連接以后組成多邊形，重新測算固定結構多邊形重心，并依據重心確認中心點。針對測量得到固定中心，還需對其進行調整，使其能夠處于相同垂線之上。

2.2安裝間隙問題的解決

為了解決機組安裝軸線、軸瓦的縫隙問題，需要安裝人員注意法蘭水導、上導和下導等安裝作業，需要將平面均分為8個點，使所有點位能夠在相同的垂直平面上。因為軸線和軸瓦初調會對鏡板水平受力產生影響，所以，安裝階段需要安裝人員對于鏡板、推力瓦等進行徹底清潔，通過全面清潔措施，將其中雜質去除。同時，在間隙位置涂油能夠減小運行摩擦阻力，如果安裝工作處于氣候炎熱時間段進行，可以將豬油、羊油按照比例混合，預防天氣因素導致涂油熔化[3]。

在盤車操作方面，需要保證大軸處于自由運轉狀態，同時，盤車操作環節大軸不能受到其他部件碰撞影響，特別是擋油筒、大軸之間的碰撞。由于此類碰撞對機組運行產生的影響相對較小，所以部分安裝人員可能忽視此細節。為了保證安裝工作質量，在機組安裝盤車作業階段，安裝人員應該注意對固定結構中心的檢查，及時發現已經產生的碰撞損傷，及時解決問題。檢查工作的開展需要仔細核對盤點，盤點到位以后禁止施加外力對其產生影響。檢查操作時，安裝人員可用手指輕推盤點，判斷軸部靈活性，檢查以后準確記錄相關結果。特別應注意，部分人員錯誤認為機組安裝只需上導瓦抱緊之后，就能展開頂轉子涂油操作，順利將落轉子班車操作完成。事實上，轉子下落以后難以返回原中心位置，大軸運行也不是自由狀態，所以即使導瓦處于抱緊狀態，轉子也不能順利回到中心處。對此，施工人員將轉子下落以后，需要及時將上導瓦松開，并檢驗大軸自由運行狀態，按照大軸運行情況，對導瓦間隙加以調整，之后重新盤車。機組安裝操作階段，如果單純將上導瓦抱緊并無必要，而是要保證上導瓦存在間隙，距離0.01～0.02?mm間即可，如此設定盤車作業無需消耗過多力，就能使其達到歸零目標[4]。

此外，機組安裝還涉及千分表這類部件的安裝操作，如果測點選擇位置不平整或者刀紋粗糙，千分表精度就會受影響。為了避免此情況出現，可將膠木套設置在千分表頂部，確保測點位置光滑。安裝人員在操作連軸法蘭的時候，禁止出現止口開啟間隙過大這類問題，控制機組的電機軸部件和其他結構出現中心偏離情況，對于機組儀表擺度、讀數精度造成影響。如果所有部件有較大程度不同心偏差問題，那么即便是盤車擺度讀數準確，也會影響機組正常運行。因此，安裝階段要求施工人員對于部件安裝操作妥善處理，加大檢測力度，預防機組失衡這類問題出現。

2.3鏡板受力及處理問題解決

水輪發電機組安裝，鏡板受力情況復雜，安裝階段應重點分析其受到的推力和水平力情況。可將鏡板設置在推力瓦的上方，通過推力控制鏡板水平狀態。注意調整階段需要測量出鏡板在不同方向水平值。檢測過程需要利用方形水平儀（0.02?mm）輔助測量，同時，為了保證機組安裝能夠獲得準確數據測量結果，還需要檢測水平儀是否存在誤差。檢測階段利用兩塊鏡板，使其處于相對方向，檢測值選擇鏡板水平值的1/2，獲得具備垂直關系的兩個數據，分別為x向、y向，通過幾何方法計算出鏡板水平方位，達到機組使用需求以后，還需要將轉子放置在鏡板上方，方便使用千分表檢測鏡板受到的推力情況。面對鏡板頂部千分表測量誤差過高的情況，單純通過手感對于誤差進行判斷不夠準確，本質原因是轉子在推力瓦上影響千分表檢測結果。雖然大型或者中型發電機組，通過鏡板邊緣也可將水平程度檢測出來，但是常常會受到推力瓦受力變化影響，導致鏡板水平情況發生改變，安裝人員不能夠測量出準確的水平數值。針對此情況，需要當轉子向鏡板下落的時候，結合鏡板、推力瓦實際受力情況，將千分表安裝在法蘭的水導位置，還需要將未貼緊鏡板位置推力瓦適當提高，提高幅度控制0.01～0.05之間即可，提高以后推力瓦可能千分表讀數歸零，這時推力瓦會均勻升高并與鏡板貼緊，千分表的x方向、y方向讀數誤差也會減小，不超過0.01?mm。施工人員以千分表輔助監測工作的時候，需要嚴格注意每打一塊推力瓦，就需對數值進行詳細記錄，切勿多塊推力瓦打完以后統一讀數，并進行歸零處理，禁止安裝過程推力瓦打一圈回零現象出現。通過以上措施控制發電機組的鏡板受力問題，科學處理才能解決安裝問題[5]。

2.4高程測量誤差的解決

在水輪發電機的安裝環節，質量控制極為重要，要保證機組正常運行階段，轉輪上冠、頂蓋上防止水漏環平行，避免對于下輪水力效率造成影響。同時，還需保證定子和轉子的中心線高程處于重合狀態，避免定子中線、轉子中線高程之間偏差好大，將下機架、定子機座產生軸向荷載增加。機組安裝階段，確認下機架的高程時應該將整體轉動部件、固定部件存在的高程差合理分配。與此同時，通過對轉子磁極的中心線高程調整來彌補機架安裝高程誤差。

例如：新疆葉爾羌河鏨高電站主電站裝機容量180?MW，廠房內共設4臺水輪發電機組，機組額定水頭54?m，屬于立軸混流式水輪機、金屬蝸殼，轉輪直徑D1=3?500?mm。發電機是結構形式為立軸半傘式，以空氣冷卻方式工作，下機架安裝高程設計值1?552.495?m，定子基礎高程設計值1?553.945?m，轉子安裝高程（磁極下部高程）1?554.56?m。機組的結構組成簡圖如1所示。

圖1中，為轉輪法蘭面到水輪機的安裝中心距離；為水輪機軸長度；為發電機軸的實測長度；為轉子中心到下周法蘭距離；為推力頭鏡板厚度；為推導軸承厚度；為磁極長度；、為轉子法蘭面利用水準儀和卷尺的測量讀數。

機組安裝流程為先測定基坑，之后按照兩條主線進行安裝，第一，確認導水機構的開檔尺寸、預裝導水機構、轉輪吊裝、頂蓋吊裝、水發軸安裝、下架機推導軸承安裝、轉子吊裝、上端軸吊裝、上機架和上導軸安裝；第二，組裝定子機、預裝下架機、確認轉子磁極的中心線高程、中心線返點。

在下機架的高程確認方面，需要按照水輪機實際安裝高程、下機架導軸承到導水機構的中心距離綜合確認。同時，還應該將軸實測長度與下機架撓度多方面因素考慮其中。預裝下機架以前，利用現場實測方式或者通過廠家提供發電機軸長、水輪機軸、推力頭鏡板厚度數據。對于下機架高程測量使用公式：

式（1）中，為轉輪撓度值；為下機架可承受轉動部件最大重量、軸向推力撓度。因此，為了保證高程安裝準確性，預裝階段需要將下機架位置推導軸承法蘭面到定子中線高程差計算出來，并與設計高程對比，從而分析高程差出現原因[6]。

確認轉子的磁極中線高程時候，需要在機組處于靜止狀態之下，對于定子和轉子中線重合情況進行測量。安裝階段，還需要對轉子中心下方法蘭面、磁極中線距離確定。該距離計算實用公式：

公式（2）中，為定子中線實測高程、設計高程之差；為下機架的實際高程、設計高程差；為推力鏡頭實測厚度、理論厚度之差；為下機架可承受運動部件撓度；為轉子本身撓度。

吊裝轉子以前，需要先將定子中線高程和轉子磁極中線高成返點確認，等轉子被放入基坑以后，對于定子和轉子的中線高程差進行核實。如果偏差較小，即可對于推導軸承彈簧墊片進行微調，還可以對于抗重螺栓進行微調。

為控制機坑測定誤差，需要安裝人員重點注意不同高程樣點的控制，只有機坑高程測量結果準確，才能保證后續重點部件安裝精準。具體測定流程為，先將導葉中點固定，之后選擇中心線，將其作為機組的導水機構的安裝中線，和該中線對應高程就是水輪機安裝的設計高程。之后向座環法蘭、基礎環和風洞位置取采樣點，每個位置選擇兩處，采樣點相互備用。返點階段應重點關注卷尺自身誤差，并在計算尺寸鏈的時候將誤差考慮其中。

對于下機架高程的測定誤差控制也十分重要，因為此高程確定和機組轉動部件、固定部件配合情況息息相關。水輪機安裝階段，注意對下計價安裝高程偏差的控制，使其和理論值之間誤差不超過±0.5?mm。預裝下機架環節，高程控制需要將底環高程作為基準，無論是導水機構的開檔尺寸，還是環座的加工精度都需要高度精準。確認開檔尺寸的時候，還需要將環境溫度方面的影響考慮其中，根據現場的實際測量結果作為活動導葉長的判斷依據。在預裝期間，施工人員通常會利用卷尺作為測量工具，因為尺子本身有誤差存在，所以應該通過檢驗部門的校核，如果誤差存在對于高程測量產生影響超過1?mm，那么不可以忽略。除此之外，安裝人員還可與水輪機生產廠家進行溝通，判斷發電機軸處于運行工況之下伸長值大小。預裝下機架操作，應該對機架和定子中心高程差進行對比，高程差可以分為兩個部分：一是預裝高程和設計高程差；二是定子中線高程和設計高程差，在下線過程應重點對于定子中線進行復核。

對于轉子的磁極中心高程控制也是發電機組安裝質量控制要點。該項目機組安裝標準對于轉子磁極中線、定子鐵心的安裝高程誤差控制要求為-3～0?mm之間。同樣，高程確定也需要注意兩處變量，一是下機架承擔機組的轉動部件實際重量撓度，二是轉子自身撓度。首臺機組安裝過程，高程確定需要結合設計院藍圖、機組制造廠家技術資料及機組的安裝經驗，首次安裝需要使用百分表對于變形量進行監測，為后續機組安裝高程確認提供依據。當轉子正式吊裝，并和主軸、轉輪連接以后，需要及時對轉輪的上方和下方止漏環的高差進行測量，并確認定子和轉子中線高差。如果偏差超標，則需對推導軸承彈簧墊片、抗重螺栓加以調整，以此對偏差進行糾正[7]。整個機組安裝過程中嚴格按照設計要求、廠家技術指導書要求及《旋轉電機基本技術條件》（GB/T?755）、《水輪發電機基本技術條件》（GB/T?7894）、《水輪發電機組安裝技術規范》（GB/T?8564）相關規定要求執行。

3結語

綜上分析，水力發電決定著社會經濟發展，發電機組的安全運行不但能夠為行業發展提供能源支持，而且還決定著資源利用高效性。因為水電站當中發電機組為重點設備之一，機組安裝和其安全運行息息相關。面臨安裝階段存在的諸多質量問題，需要相關主體高度重視，加大力度研究和水輪機組安裝質量有關的問題，逐一解決，保證機組安裝過程順利，避免由于安裝質量問題造成機組運行受到影響，為水力發電領域的持續發展奠定基礎。

參考文獻

[1]?王勇剛，彭強.江坪河水電站座環基礎環安裝技術[J].水力發電，2020，?46（6）：4.

[2]?李健，吳強.長潭河電廠水輪發電機組盤車及軸線調整方案[J].人民黃河，?2020（S2）：3.

[3]?朱新，董彬，李晃.白鶴灘水電站水輪發電機組座環加工質量控制[J].人民長江，2020（S2）：4.

[4]?李玲，王華軍，鄭濤平，等.烏東德水電站850MW水輪機總體技術特性分析[J].?人民長江，2022，53（4）：5.

[5]?周龍，熊斌，丁樹業，等.1000?MW量級水輪發電機中性點電壓漂移影響因素及接地裝置參數優化分析[J].電工電能新技術，2022，41（4）：8.

[6]?李湧博，湯榮才，王賓，等.?水輪發電機組慣性比率對調節系統穩定性的影響[J].水電能源科學，2021，39（10）：5.

[7]?馬國華.石門坎電廠水輪發電機組功率振蕩問題的仿真研究[J].水電能源科學，2021，39（12）：3.