大壩滲漏排水泵運行故障分析及處理

王志強，王建雄，焦維亮，付張雨

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 涼山 615704）

1 概述

某電站樞紐建筑物主要由左右岸擋水壩、中孔壩段和溢流壩段、消力池、右岸引水系統及地下廠房發電系統組成。碾壓混凝土重力壩壩頂高程1 334 m，最大壩高168 m，壩頂長度516 m。大壩滲漏集水井設置在右岸高程1 173.60 m基礎廊道內，尺寸為7.5 m×4 m×8 m（長×寬×高），有效容積為96 m3，用于收集大壩內部滲水，水泵將壩體滲漏水通過排水管接入水墊塘下游段。

目前，為提高系統運行的可靠性，泵房內設置了兩套排水系統，即大壩滲漏排水主用系統和大壩滲漏排水備用系統，主用系統采用德國博格生產的凸輪泵（型號EL1000），排水系統主要由3臺潛水泵、出口流量計、可曲撓橡膠接頭、泵控單向閥、出口閘閥和排水管路等組成，于2019年1月投入運行，主用系統設置3臺排水泵，1用2備，3臺互為備用。備用系統采用運城解州華龍泵業生產的潛水泵（型號300QJ160-80/4），于2019年9月投入運行，備用系統設置3臺排水泵，1用2備，3臺互為備用，正常運行時為大壩滲漏主用系統運行，在主用系統2臺或3臺泵故障后，運行人員將主用系統退出，投入備用系統運行。電站設計了兩路排水系統，一路是備用系統，另外一路是主要系統，分別將水排到壩后，由于管路較長，管路中余水較多，在管路靠近集水井側設置了放空閥，在水泵停運后，開啟排水管路的電動閥，將管路余水排盡[1]。

2 運行方式

按照電廠“遠程控制、現場值守”的相關要求及壩體滲漏來水情況，結合水泵運行特點，大壩滲漏排水主用系統、備用系統共計6臺水泵的運行根據集水井水位變化設定為自動控制，當液位變送器傳送具體的接點動作至PLC控制柜時觸發水泵運行或停止。液位變送器為重要的水位監測裝置，為保證其數據的可靠性，本系統配備了兩套獨立的液位監測裝置，避免液位變送器信號失真引發報警信號或水淹泵房事故。其液位具體的參數設置見表1。

表1 液位變送器參數設置

3 設備故障現象

1月31日，大壩滲漏排水主用系統3號泵運行過程中，監控系統發出“11LCU大壩滲漏排水主用控制柜3號泵流量正常復歸”、“11LCU大壩滲漏排水主用控制柜3號泵流量低動作”信號，運行遠控值班人員現場檢查發現大壩滲漏排水主用系統監測畫面中“3號變頻器運行”點亮、“3號排水泵出口流量”由109 m3/h變為0 m3/h，現場值守長派人配合專業檢修班組檢查。

檢修維護人員現場檢查發現大壩滲漏排水主用系統3號泵聯軸器已損壞，水泵端聯軸器機構受損嚴重，緩沖墊出現了變形與損傷，水泵已停止運行，電機仍在持續運轉，現場油泵連軸器部分有明顯的異音，聯軸器部分溫度比正常運行時高，流量計顯示流量為0 m3/h。現場圖片見圖1、圖2。

圖1 聯軸器斷裂

圖2 碎裂的聯軸器部件

4 現場檢查及處理

1月31日，由運行人員執行完安全措施后，維護人員打開水泵，檢查發現驅動軸上轉子體中3塊轉子尖均出現不同程度的撕裂，從動軸上轉子體1塊轉子尖被撕裂，現場圖片見圖3。

圖3 被撕裂的轉子尖

維護人員拆除轉子尖后檢查發現，驅動軸已經斷裂，現場圖片見圖4、圖5。

圖5 斷裂的軸端

由于水泵驅動軸斷裂、4塊轉子尖撕裂及聯軸器受損，為避免降低系統運行的可靠性，盡快恢復水泵運行，即對水泵部件進行了整體更換，待系統恢復正常運行后，再對受損水泵進行專項檢查分析及處理。

水泵更換完成后，使用百分表對電機軸與水泵軸進行水平與豎直方向上偏差校準，經檢驗，水平方向偏差最大為0.08 mm，豎直方向最大為0.10 mm，均滿足安裝要求。水泵安裝完成后即試運行3次（2次在現地手動啟泵，1次在水泵控制室手動啟泵），水泵出口壓力為0.58 MPa，流量為108 m3/h，具備投入運行條件。

5 分析及結論

經查詢監控系統集水井水位變化及大壩滲漏排水主用系統排水泵出口流量計數據，1月30日，由于開展大壩滲漏排水備用系統排水泵檢查維護工作，運行人員將水泵控制方式由備用系統切換至主用系統運行，1月30日21：10：00主用系統1號排水泵運行，1月30日22：50：10主用系統2號排水泵運行，1月31日01：14：00主用系統3號排水泵運行，運行約30 min后流量急劇下滑，集水井水位逐漸開始上升，上升至1 172.00 m（主用系統第二啟動水位）時，主用系統1號排水泵開始運行。

經仔細檢查斷裂的軸端，發現斷面裂痕三分之一為新痕跡，三分之二為舊痕跡，已出現銹跡，證明裂紋的形成過程緩慢，是外加力持續作用累計形成的結果。經過對從動軸進行滲透探傷檢查，檢測結果顯示從動軸完好、無裂紋、無缺陷。結合現場水泵受損情況、監控系統數據及以往水泵故障統計信息，分析水泵運行故障的原因[2-5]為：

（1）水泵泵軸出廠時可能存在裂紋缺陷，運行時導致裂紋擴大。

（2）水泵運行過程中隨著水泵泵腔水垢厚度的不斷增加導致水泵驅動軸輸出力矩不斷變化，繼而使軸在機械密封部位由于長時間受力不均導致產生裂紋，以上因素的作用下，在最后一次運行過程中驅動軸直接斷裂，由于齒輪箱運行未受影響，下端轉子正常運行，導致上端轉子尖被撕裂，轉子尖緊固螺栓露出，與下端轉子尖之間產生卡阻，強迫下端轉子停止運行，電機軸憑借慣性動力輸入導致聯軸器連接部位斷裂。由于水泵停止運轉，水泵出口流量降低，而電機正常運行，故CCS發“11LCU大壩滲漏排水主用控制柜3號泵流量低動作”信號。

6 結語

由于大壩水質原因導致水泵泵腔結垢，水泵運行過程中隨著水垢厚度的不斷增加使水泵驅動軸輸出力矩不斷變化，進而可能引發驅動軸產生裂紋的情況。根據設備定期檢修計劃，目前大壩滲漏排水主用系統排水泵每3個月開展一次定期維護工作，工作內容主要包括水泵轉子體及轉子尖檢查，機械密封檢查，水泵泵腔檢查與除垢處理，緊固螺栓檢查、排水泵的驅動軸隱患排查等工作[6]。

為避免再次出現設備損壞事件，制定以下控制措施：

（1）每周記錄一次3臺泵的啟動電流、出口流量及出口壓力，以便清楚掌握水泵運行狀態。

（2）立即對1號、2號排水泵驅動軸與從動軸進行全面滲透探傷檢查，及時消除安全隱患。

（3）在后續維修保養過程中，將加入對驅動軸與從動軸檢查作業內容，以確保水泵軸完好無缺陷。

（4）運行人員加強設備運行趨勢分析，發現設備啟停規律不正常時，通知專業班組檢查設備運行情況，發現異常及時處理。

（5）設備操作中的注意事項，目前大壩滲漏主用系統管路較長，系統中設置了放空閥的開啟時間6 min的流程，為使管路中的水排干凈，操作中應確認放空閥是否正確動作。若管路中有余水，則會影響到啟泵時的效率，對排水泵有危害。

通過以上措施的實施，可以及時掌握凸輪泵的運行狀態，有效地避免設備事故再次發生，提高了設備的健康水平，對大壩滲漏排水系統安全運行，保障壩內設備安全起到了重要作用。