俄罗斯水电站水电设备的运行状况

［俄罗斯］А.И.拜科夫 等

1 概述

关于俄罗斯水电站设备的运行状况，已做过很多研究和报道。但是，迄今为止，尽管萨彦－舒申斯克水电站发生了严重事故，仍然没有一个针对其设备的使用寿命到期和没有到期所做的明确评估，也没有研制评估的实施方案。

对于水电站设备改造来说，缺少实施计划和行动方案。在不具有专业从事水电站设备改造机构的丰富经验的基础上，只是采用对设备及零部件状况进行科学计量模拟和计量控制的方法(即设备计时诊断法)，以及莫斯科巴乌曼高等技术学校计量学教研室的研究方法和技术，来编制标准文件。

2 技术规范

关于水电站水电设备的改造，需要制定一个架构方案。所以，必须对以下几个基本问题进行探讨。

(1)从经济上来讲，改造不是提高设备的生产能力，而是使设备的运行状况达到设计参数，提高其技术性能，即缩短维修周期，将使用寿命延长15～20 a。当然，相比一台已经运行25～30 a的发电机组来说，改造运行了35～40 a的机组当然要复杂很多(常常缺少技术资料)。因此，必须将工作成本计入“基本维修费”，提高完成改造的工作成本。

(2)从技术上来讲，改造应该是使设备的零部件达到(间隙、标准层的)设计参数和安装尺寸的要求。因此，必须制定改造工程的技术规范，其中应包括测量图、测量记录、活动记录、方法和其他一些现有的，但是还没有确定列入技术规范、至今仍以水轮机组安装技术条件(1975年发行)为依据的指导性文件。

(3)该技术规范中必须有明确规定，即:使水电设备从维修前的不稳定到维修后实体试验的整个改造过程合法化。还应要求对供应商提供的设备、修复后的设备以及备品备件建立验收体系，并对设备的合格证、可维修性和可互换性加以规定。

(4)必须制定转桨式和轴向辐流式水轮机改造的技术规范，因为这些水轮机的安装尺寸和间隙有很大差别。

伏尔加专业水电设备安装股份公司下属的卡马河专业电力设备公司研制出了该行业的技术规范，并已将其运用于水电站各种设备的改造工程中。

3 设备改造及注意事项

改造的目的应该是:延长设备的使用寿命，为企业节省资金。因此，电站改造工程所采用的方式方法彼此不应有区别，比方说，坐落在同一条河流上和同一个梯级(如伏尔加－卡马河上)的2座或2座以上的水电站，应采用相同的改造方法。

改造工程是订货商、总承包商、制造商(可能是几家)之间的密切合作过程，应制定改造工程的技术筹备方案。

从经济角度出发，在装有多台机组(4台或4台以上水轮机组)的水电站，进行梯级改造是较为方便、合理的做法。也就是说，为1号机组提供一套新设备，而从固定基础上拆卸的零部件则送去制造商那里做故障分析检查，以恢复设计参数;然后再回到订货商这方，根据水电站的运行制度，安装在下1台机组上(比如，安装在第2台或第3台等机组上)。

进行这样规模的改造工程，必须预先规划，确切地说，应该改变招标方式和改造资金的结构。订货商应该自筹改造资金，不能将义务转嫁给投资者或转租现有已改造过的设备。也要考虑到进行这种由若干承包商完成的复杂、庞大工程而可能发生的保险方面的风险。不能以过度的银行担保和长期的担保义务来紧逼承包商，比如，有一部《俄罗斯民法》，谁也不能废除它。

改造方案应具有一整套工作内容，包括编制单个零部件改造的技术说明。

制造商不仅要提供修复所必须的备品备件，还应参与整个改造施工过程。例如，工作轮或水轮机导水装置、轴线的控制装配，工作轮活塞杆的液压试验，储油器的测试装配等等，以确定设备的安装间隙和纵、横方向的安装位置。

紧固件和连接件均应在检验台和角架等工具上进行检测。制造商尤其需注意的是，应该保证紧固件的安装及其与结合面贴合的质量。

合理的做法是，已使用的设备上的紧固件应该锁定，但不焊接。类似施工经验表明，当振动强度提高或急剧提高时，与电焊面锁定的螺母便会瞬间松动。这种情况在1991年伏尔加水电站的14号机组就曾发生过。

由于40%的紧固件处于腐蚀环境中，因此，需要使用不同的锁定方法。

包括辅助设备在内的所有水轮发电机组的紧固件，使用30 a后，必须更换。空气分配盘上连接片脱落，会导致严重事故的发生。比如，叙利亚塔布卡(Табка)水电站，30%的主发电机定子绕组、铁芯、电极及其他一些设备受到了损害。

遗憾的是，暂时还没有明确完整的方法确定该段时间内设备和零部件的状况。利用声辐射可以确定设备的工作状况和使用寿命，但是，这种方法没有得到广泛利用、理解和确认。莫斯科巴乌曼高等技术学校计量学教研室研究了一种外部计时法来判断设备状况，该方法取得了来之不易的效果，并得到了推广。当然，是否需要给每台水轮发电机组建立“诊疗册”的问题，也应听听指导专家的意见，他们具有类似丰富的改造施工经验。

比如，下卡马河水电站，转桨轴流式水轮机的工作轮，已经运行22 a却没有拆卸过，只是进行日常维修，从第1台水轮机组运行以来，就不清楚导水装置轴颈的状况。2009年维修改造后才知道，原来工作轮的所有滑动摩擦轴承衬套必须更换，因为工作层已压坏，摩擦－滑动力偶的功能消失，实际上，水轮机组已处于事故边缘。

这意味着，现有设备无法工作至使用寿命到期才更新的时候。设备可能蕴藏着事故隐患。所以，保持水电站水电设备生产能力的最好办法是:改造设备，修复受损零部件，对长期使用后的设备重新定心调整。

4 技术措施

当然，修复所有零部件是不可能的，这样也没有任何意义。所以，根据水电站设备改造、维修的施工经验，对机械部分组件改造时，应采取以下措施。

(1)更换所有紧固件(100%)。

(2)将生铁壳体换成钢制的，当某些水轮机盖板为生铁时，要对加强筋和连接法兰进行加固。

(3)用无损法检查所有焊接接头，除去焊接瑕疵。

(4)改进导水装置，另外安装防渗漏密封圈，采用新型的复合材料。

(5)改进轴承，当液压支座安装轴承时，换成钢性支座。根据受损程度，更换弧状部件上弹性聚合物包复的金属覆盖层。

(6)更换使用了25 a的轴承盘。每台水力机组必须有一个用于周转的轴承盘(2009年，下卡马河水电站对1983年投入运行的12号机组进行维修时发现，轴承盘的工作表面有很宽的大网状裂缝，深度达 0.15 mm)。

(7)在需要调整轴线的情况下，改造水轮机轴，以便更换水轮机轴承区水轮机轴的覆面层。

(8)改进主发电机转子的构架，以提高转子外缘的刚性。增加楔子，避免刹车盘和磁轴产生振动波(此为萨拉托夫水电站的改造经验)。

(9)将主发电机定子变成无连接锁扣式，更换线圈(视振动试验和线圈状况而定)，通过替换主发电机基座和修复后的磁轴，调整定子支架的高度。

(10)更换机油和空气冷却器。

(11)对于水轮发电机组的过流部分，采用无损法检查水轮机组零部件所有焊接点，确定瑕疵，进行清除。

(12)更换转桨轴流式水轮机表面没有实施双金属衬砌的转轮室，清理混凝土企口接缝;将新的转轮室固定在相对主发电机定子轴承而言的中心企口接缝中，并浇筑混凝土企口接缝。

(13)修复水轮机流道的混凝土表面。

(14)将工作轮或导水装置的滑动摩擦轴承衬套换成新的复合材料(每座水电站，当其安装的水轮机为转桨轴流式时，最好应有一套桨叶旋转装置，而对于轴向辐流式水轮机，则应有一个转轮和一套迷宫圈)。

(15)用氟橡胶面层替换橡胶制成的防渗透密封圈和密封绳，特别是在更换转桨轴流式水轮机桨叶法兰的密封材料时，应采用该方法(轴向辐流式水轮机轴的密封装置，最好采用苯酚材料制作)。

(16)更换制动系统，包括输水管和制动－千斤顶。

(17)应该保存一套新的备用的制动－千斤顶，及1套用苯酚材料制成的防渗透密封圈(异形绳)。

(18)改造调节系统和自动化装置系统，使用水轮机电动液压调整器，将油压装置和调节系统压力调整为63 kg/cm2。

(19)更换消防系统(将水灭火改成二氧化碳灭火)。

(20)改造水轮机的励磁系统。

(21)更换调整环下方的支承部件，替换活塞、卸油环和伺服电动机拉杆，定心调整伺服电动机拉杆。

(22)更换包括水轮机和发电机辅助设备、调节装置在内的所有止水装置。

(23)更换真空止水装置。

(24)采用相位计时法，通过振动传感器，检测水轮机某个时段内所有设备的状况。

(25)修复发电机组的轴线，拆卸(安装)主发电机转子轴套，消除裂纹。

(26)改造过程中，根据水工建筑物实际状况和水轮机嵌入部分的位置，重新调整水轮机组的中心位置。调整纵、横方向的间隙，使水轮机旋转部分能相对固定部分而对称布置。

(27)更换转桨轴流式水轮机转轮的桨叶(或完全更换轴向辐流式水轮机的转轮)。

(28)改造转桨轴流式水轮机转轮的外壳，给桨叶法兰装上“Simirit”公司的局部可拆卸的橡胶密封材料，也可采用氟橡胶异形绳。这样，能够大大地提高零部件的安全性(这种异形绳已被用在萨拉托夫水电站)。

(29)在采用转桨轴流式水轮机时，自润滑材料和生物分解合成油的结合使用，可能是保护生态环境新的重要举措。

(30)在转桨轴流式水轮机运行过程中，采取了环境保护措施，严禁废油外抛，以免污染环境。

(31)将水轮机变成双调控，比如，切博克萨雷水电站的转桨轴流式水轮机，迄今为止仍采用螺旋桨式，迈因水电站也属于这种情况。但是，下卡马河水电站顺利解决了这个问题，16台水轮机全部采用双调控。

5 结语

俄罗斯其他一些水电站在采取以上所建议的措施后，可使安装运行设备的使用寿命延长达20 a，至今，还没有出现设备需要替换的情况。从资金上分析，实施这样的改造，与设备定期更新相比，可节省2/3～3/4的费用。

在这种情况下，水轮机设备的维修期可以缩短至现在的30%。并且，实施这样的改造计划，可使水轮发电机组在汛期安全可靠地运行，而施工人员也可享有直接的物质利益。

伏尔加专业水电设备安装股份公司下属的卡马河专业电力设备公司，聘请莫斯科巴乌曼高等技术学校计量学教研室、水利重型机械股份有限公司和俄罗斯电气工程有限责任公司的专家，为设备改造工程提供咨询服务，为现有水电站设备系统改造传授经验和技术。