发电机上导轴承冷却水管连接器漏水原因分析

祁广福，梁国玲

(青海黄河上游水电开发有限责任公司积石峡发电分公司，青海 海东 810801)

0 引言

水电站中的油、气、水系统基本都使用金属管道，其连接方式有：螺纹连接、焊接连接、法兰连接、承插连接、沟槽连接、补偿器连接、管道连接器连接等形式。与其他连接方式比较，管道连接器具有简单、可靠、安装快速的特点，只需将管道连接器推到管子的端口并紧固即可；与法兰连接比较，管道连接器重量减轻75 %、体积减少50 %、噪音降低60 %～80 %。同时，它还具有抗冲振、消噪声、长寿命使用、免维护、抢修方便等优点。因此，在国内外管道连接中，管道连接器被广泛采用。

2013-07-29，某水电站运行中的3号机组上导轴承冷却水管道连接器发生漏水事件，导致机组事故停机。

1 事故简介

2013-07-29T20:51，调度令机组开机；20:55，3号机组并网带有功300 MW；20:57，3号机组发电机不完全纵差保护动作、横差保护动作，发电机出口断路器分闸、灭磁开关分闸、机组事故回路动作停机。

事故发生后，就地检查发现3号机组发电机层有烟雾散出，发变组1，2号保护盘保护出口红灯亮，发电机大盖板有变形。风洞内检查发现定子绕组的550，551，566号线棒上端部绝缘盒、并头块烧损，523～593号线棒过桥引线表面发黑；转子上平面有积水，上导冷却水管道连接器发生错位并漏水。

2 连接器错位漏水原因分析

经过现场调查及分析，查明造成连接器错位、漏水有以下几点原因。

2.1 管道安装质量存在缺陷

发电机上导轴承冷却水管道为不锈钢无缝管，规格为Φ89×4.5 mm，采用管道连接器连接。根据厂家安装资料，安装该管道连接器时需注意的主要公差值包括：管子两端允许的最大间距、轴线不对中连接偏差、两管之间轴线角度偏斜、椭圆度和管外径相差许可量等。现场对上导冷却水管进行检查测量，有以下2个指标与安装技术要求不符，且相差较大。

(1) 轴线不对中连接偏差超标。按照捷英特限位管道连接器的安装公差要求：该通径管道两管轴线不对中连接最大轴心偏移量≤3 mm。现场实际测量漏水的管道最大轴心偏移量接近10 mm，远远超过最大偏差≤3 mm的要求。

(2) 管道管端间距超标。按照厂家安装技术要求：此通径管道两管之间允许的最大距离为10 mm，现场实际测量管端轴向间距为15 mm，超过技术要求5 mm。

对3号发电机上导轴承相同部位另一根未漏水冷却水管连接器管道偏差、间距进行测量，发现其管道轴线不对中连接偏差小于3 mm，管道两端轴向间距小于10 mm，管道安装质量满足管道连接器生产厂家安装技术要求。

2.2 管道存在振动

2.2.1 机组振动

水轮发电机组的振动主要有机械振动、水力振动和电磁振动，这是由设计、制造、安装、检修、运行等多方面原因造成的，是水电站一个普遍存在的问题。

由于机组振动会造成各连接部件松动，在各转动部件与静止部件间产生摩擦，所以管道连接器的把合螺栓和管卡固定螺栓也易松动，从而导致管道连接器发生位移。

2.2.2 管流脉动

管道中的水流在减压阀减压和支管分流后处于脉动状态。当遇到弯管头、异径管、控制阀等管道元件时，脉动的水流会产生随时间变化的激振力。在这种激振力的作用下，管道和附属设备产生振动。管流脉动引起管道长期振动，导致管道连接器松动、位移。

2.2.3 湍流

管道内流体流速过快呈不规则运动形成湍流，引起管道振动。

2.2.4 管道固定吊架安装位置不适

管道连接器设计轴向有抗拉能力，但需在连接器两端就近管道安装支架，电站管道连接器两端也装有支撑管卡，但均距离管道连接器较远。实际测量靠主轴端的管卡安装位置距离管道连接器1.8 m，靠机坑里衬端的管卡安装位置距离管道连接器4.7 m。

2.3 水锤的影响

在压力冷却水管道中，因阀门突然关闭或开启造成水流速度突变，引起压强急剧升高或降低的交替变化，从而产生水锤。水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍，甚至数百倍。这种大幅度压强波动可导致管道系统强烈振动，并可能破坏管道的阀门、接头、管道连接器和压力表等管件，对管道系统造成较大破坏。

此外，由于机组技术供水管路布置的影响，减压阀与技术供水总阀之间的距离较短，导致供水总阀关闭后减压阀后的水压逐渐上升到与减压阀前压力一致，机组技术供水总阀开启时减压阀后压力高，对管道冲击也较大(通水后减压阀逐渐将压力降至设定值)。

实际测量得知：机组技术供水系统总阀关闭和开启时间约为20 s，总阀开启时在发电机风洞内能清楚听到水锤产生的碰撞声，在通水瞬间造成上导冷却水管道振动较大。

综合上述分析，得知导致上导轴承冷却水管道连接器脱开漏水的主要原因是：机组安装时，管道装配质量存在缺陷，不符合管道连接器连接安装工艺要求；由于管道处于振动状态，并不断承受管道通水时的水锤冲击，造成管道连接器松动和位移，最终在机组开机时因管道内水压突变较大，导致管道连接器脱开、漏水。

3 解决对策

鉴于发电机上导轴承冷却水管道连接器所处的位置在转子上部，一旦发生漏水将严重危及机组安全运行，故将原管道连接器连接方式改为法兰连接，并采取防止法兰把合螺栓松动的措施。

4 建议

(1) 机组检修后进行通水试验时，发现风洞内冷却水管道振动较大，需要采取措施以减小水锤影响。例如：对减压阀进行改造，使之不仅具有减压功能，还具备开启、截止功能；开停机时不再操作供水电动总阀，改为操作减压阀实现技术供水通断及减压。

(2) 拆除管道连接器进行恢复时，应严格按厂家安装技术工艺要求，确保管道连接器安装质量处于要求标准。

(3) 对发电机风洞内的冷却水管道固定和支撑薄弱的部位进行补强加固。

(4) 定期检查管道连接器固定螺栓是否松动；若松动，则紧固。

5 结束语

目前，管道连接器作为一种广泛使用的管道连接方式，技术本身不存在问题，但若其处于发电机定子、转子上部，一旦漏水将严重危及机组安全。鉴于法兰连接的轴向抗拉能力强于管道连接器，在设计、制造上导轴承冷却水管道时应采用法兰连接方式，同时对管道支撑进行优化，确保管道运行安全可靠。