灯泡贯流式水轮发电机组运行技术管理疑难问题原因分析

李尔成，胡成佑

（青海大唐国际直岗拉卡水电开发有限公司，青海 尖扎 811999）

灯泡贯流式水轮发电机组运行技术管理疑难问题原因分析

李尔成，胡成佑

（青海大唐国际直岗拉卡水电开发有限公司，青海 尖扎 811999）

摘要：随着水电事业的快速发展，灯泡贯流式水轮发电机组广泛应用于中小型水电站。机组特点是低水头、大流量。经过对贯流式机组系统培训学习和十多年的运行经验积累，本文分析了贯流式水轮机的结构特点、贯流式水轮机的应用现状及实际运行中遇到的操作隐患,探讨了我国贯流式水轮机的应用前景及技术发展，对我国各类水电资源开发,特别是加强各类贯流式水轮机组的技术开发和关键技术研究提出了建议。

关键词：贯流式水轮发电机组；定子绝缘下降；轴承漏油；自动执行流程；水位调整

发电运行管理是一项琐碎而艰巨的工作，要求具有很强的责任心，工作压力重，担负着水电站的人身安全、大坝水工建筑物安全和所有生产设备安全的重要责任，事关整个电站经济命脉，是电站主要生产部门。运行管理是以丰富的工作经验为基础，以准确的操作技能为实力，以具有执行力的管理方法为载体的综合体。

全国省市已实现系统联网，目前电力供需基本达到平衡，节能减排力度加大。本文运用技术经济学和生产运作管理理论，根据青海大唐国际直岗拉卡水电站的实际情况，从运行管理的体制、内容以及技术管理着手，分析了灯泡贯流式水电运行管理存在的主要问题，提出了优化方案。对提高中小型水电站的市场竞争力和经济效益有着重大现实的意义。

1运行管理的作用和现状

随着社会的不断进步和国家电力的不断发展，由于火电项目投资巨大和木炭市场价格的普遍上涨，国家节能减排和环保要求日益严格，政策迫使小型火电机组关闭，火电厂发电成本不断增加。全国中小型水电项目装机数目大幅度增加，造成发电设备有效利用小时进一步下降，这将直接影响发电能力和盈利水平。可见，提高设备可靠性，降低生产成本，提高水能利用率和发电效益，重视环境保护，确保设备安全、稳定、经济运行已成为中小型水电站的迫切需要。因此发电运行管理在提高发电量、降低发电成本、保护生态环境、提高机组安全经济效益和电站长久持续发展等方面占据着举足轻重的地位，发挥着巨大的作用。

运行管理的作用之一：精简了机构和人员，便于选拔高素质人员进入管理岗位，提高人员工作效率及整个管理机构的效率，同时降低管理成本。作用之二：提高运行人员的工作效率。根据员工的特长，用其长避其短，充分发挥员工的潜能，整个运行工作的效率就会得到提高。这有利于提高运行人员的团队合作精神和战斗力，降低实际操作失误，并能保证各项生产任务和经济指标的顺利完成。作用之三：提高值长的生产调度效率。值长作为生产一线的指挥者，对整个电厂全系统的运行方式了如指掌，对不同岗位的重要性及对人员的素质要求更加清楚。及时调整人员在不同岗位上的分配，这有利于人员的优化和培训，保证了重要岗位安排高素质人员，有利于保证电厂的安全生产和经济运行。值长合理制定培训计划，不断提高员工的专业知识和业务技能。值长对各专业人员的工作能力、工作态度以及处事更加了解，这对合理进行人员工作搭配、确保顺利完成工作任务都是十分必要的。

运行管理模式是以保证全厂所有生产设备及电网的安全稳定作为指导思想，是直线职能制的管理模式。以灯泡贯流式机组的电站为例，生产人员配制较少，即主管生产副总经理、总工程师下管辖发电部主任，值长、主值班员、副值班员、见习值班员或学员。

直线职能制的运行管理模式是计划经济体制下的产物。由生产副总经理全面主抓生产工作，包括运行和检修；发电部主任配合生产副总经理主抓运行工作，包括运行方式的合理安排，配合大小修计划及发电量的完成情况，并及时调整机组的轮换运行方式，配合设备检修协调，安排好设备检修中的运行方式及调整工作安排。

当班期间值长是安全生产第一负责人，受生产副总直接领导，担任全厂运行和操作上的全面领导，负责发电运行的协调、指挥、监督和安全经济运行工作，负责同省调、地调的调度联系工作，按调度指令及时调整机组相应的运行方式。当事故发生时，值长必须立即处理，

尽快将事故情况向值班调度和主管领导汇报。

2运行管理存在的突出问题

根据目前灯泡贯流式水电机组的的运行现状来看，运行管理存在以下突出问题：

2.1备用状态下发电机定子绝缘下降

贯流式水电站是开发低水头资源较好的方式，它与中、高水头电站和低水头立轴的轴流式电站相比，具有以下显著的特点：

（1）效率高、结构简单、施工方便。贯流式水轮发电机组从进水到出水方向轴向贯通，水流不拐弯，流道尺寸大而短，过流通道的水力损失少，效率高，结构简单，施工方便。

（2）有较大的比转速，所以在水头和功率相同的条件下，贯流式水轮机的直径要比转浆式水轮机小。以管形壳为主要支撑的布置方式，整台机组的受力主要通过管形壳传递至厂房基础。发电机定子下侧的球面支撑主要是用来平衡灯泡头定子部分所引起的浮力。发电机定子两侧的支座是为了防止机组在运行中引起振动。灯泡头和灯泡体外侧是流道，水轮机大轴横向布置，转子和桨叶纵向安装。

在流道没有排水的情况下，灯泡头内外温差较大，尤其在夏季温差尤为明显。甚至在灯泡体和灯泡头内壁形成很多结露。发电机在长时间备用时定子绝缘容易受潮，造成定子绝缘下降。

虽然目前的贯流式机组在设计和安装中已考虑到在风洞内加装4组或6组停机加热器和吸湿器、干燥器等辅助设备，在定子引出线处加装停机加热器等措施，但是因风洞内部空间加大，机组备用状态时风洞门和灯泡头竖井人孔门是关闭的，灯泡头竖井横截面积较小，内外空气流通交换不畅，加热干燥效果不理想。长时间备用容易造成定子绝缘下降。给发电机正常并网发电带来不便。并网前需要及时摇测定子和转子绝缘电阻。若出现定子绝缘下降的现象，造成的麻烦更大。需要将发电机由备用转为检修状态，断开励磁系统引流线，给定子加上厂用电进行短路干燥。这样既减小了机组的可利用小时数，增加了很多工作量，也浪费厂用电。

因此，在日常运行管理中需要根据实际上游来水量，尽量减少机组的备用时间；在上游来水量不足以并网开机时需要每日进行机组轮换，及时调整运行方式。

2.2主轴密封水压力不足，增加事故停机几率

主轴密封是灯泡贯流式水轮机的关键部件之一，设置在水导轴承与转轮之间。其作用是减少水轮机转动部件（主要指主轴）与固定部件的漏水量。其性能优劣对机组运行稳定性、可靠性和电站效益有重要的影响。由于主轴密封漏水靠自重排至电站渗漏集水井内，一旦漏水不能及时排出积累在灯泡体内，将造成严重事故。

主轴密封系统由密封润滑水池、总滤水器、密封水管路、连接法兰、供水总阀、示流器、双筒过滤器、电磁阀和压力表构成。主轴密封水的开启和关闭通过开停机命令由电磁阀来实现。

密封润滑供水泵根据水池水位能够可靠实现自动启停。机组主轴密封水是从水池自动流入供水管。在执行开机流程至“开启主轴密封水电磁阀”时电磁阀自动打开，开始供水。执行停机流程时电磁阀自动由于大坝设计高度的限制，主轴密封水最低工作压力为0.11MPa，日常运行时水压为0.2MPa。雨水过后，河水严重浑浊，机组主轴密封水随之浑浊，过滤器堵塞造成管路水压降低，示流器信号显示不满足供水量，机组因主轴密封水中断直接事故停机。

为了避免机组因主轴密封水中断直接事故停机，运行管理势必增加工作要求。在遇到河水浑浊时及时切换主轴密封润滑水过滤器，并要求设备管理部门及时清洗过滤器。

主轴密封的日常运行不需要维护，但每年应检查一次。发现主轴密封衬套有严重磨损时应及时检修处理。平时漏水情况严重时应检查密封的磨损情况和有关间隙值，视情况进行调整和更换。密封的检查可通过投入检修密封后检查排水管道处是否漏水，来判断空气围带是否正常。

2.3发电机组合轴承和水导轴承润滑油压力不足

轴承润滑油系统是灯泡贯流式机组重要的辅助设备。其工作是否正常，直接影响着机组的安全运行。因此必须要保证润滑油系统的正常运行。本系统有两种油路：高压顶起油路和低压润滑油路。

高压顶起油路用于机组在启停时给发电机侧的径向轴承和水轮机侧的径向轴承提高高压油，便于机组转速低于额定转速的15%时在径向轴承与大轴之间建立油膜。低压润滑油路为水轮机导轴承、发电机导轴承及正反推力轴承的正常运行提供用油。油系统由轴承润滑油箱、轴承油泵、高压油泵、油管路、油冷却器、高位油箱、轴承供油电动阀和回油管组成。

贯流式机组的轴承供油从高位油箱自流至轴承，再通过油流分配阀或手动调节阀控制油流量分给各部轴瓦。每个轴承进油孔均在轴承底部，回油孔在轴承顶部，每个供油管下端接近轴承的部位均装有压力开关和压力变送器，为开机条件提供压力信号，机组运行时能够保证轴承油槽满油。

执行开机流程时只有各油管路有压条件满足才能执行下一步流程，在调速器发出开机令之前高压顶起油泵自动启动，用高压油在发导轴承和水导轴承内建立油膜。此时，大轴仍在静止状态，高位油箱供油电动阀开启开始自流供油。轴承油槽中的自流润滑油能够满足开机条件。当机组转速达到额定转速的95%以上时，高压顶起油泵自动停止，直至并网运行后由高位油箱供给润滑油。

由于各部油管路安装布置不当，灯泡体内空间受限制，压力开关的安装位置不合理等因素，在机组正常运行时压力变送器反馈给监控系统的压力信号不恒定，总是会长期出现正推轴承润滑油管路、反推轴承润滑油管路和水轮机径向轴承润滑油管路有压三个信号不满足。是机组安全运行的一大隐患，长期以往会给运行人员思想麻痹大意，当真正出现润滑油中断时措手不及，后果不堪设想。即使润滑油油压略有不足时，正常运行的轴瓦温度也会升高。

为此，在运行管理中增加对轴承润滑油泵、高位油箱、轴承供油电动阀的巡视次数，保证润滑油系统正常循环。重点监视发导和水导瓦温，发现有异常情况及时停机。督促设备部及时更换润滑油系统各部的压力变送器。建议对供油管路进行技术改造，加装油流分配阀，调整管路各部的压力开关位置。

2.4泄洪闸密封老化破损较快，泄洪闸操作时左右偏差较大

泄洪闸为采用液压操作系统的弧形门。弧门左右两侧是橡胶密封槽。每年汛期黄河流量超过1400m3/s。为了保证大坝安全，洪水期间会经常操作泄洪弧门弃水，根据实时来水量需要进行多次开关弧门操作。弧门液压操作系统的操作油通过长约10m的压力油软管送至弧门接力器的操作腔。弧门左右两侧的密封强度不完全相等，在弧门升起和降落时会产生左右开度偏差。进行过多次操作后，弧门密封条会受到严重破损，在弧门完全关闭时会出现严重漏水。

冬季枯水期没有弧门操作机会，整个冬季气候干燥，橡胶密封条受风化老化程度加剧，在执行定期操作工作时密封条破损程度更大。为了不产生弃水，弧门检修工作一般安排在冬季。

在定期工作中增加液压系统启动试验项目，启动时间也可适当延长，及时排除压力油管路中的空气，使弧门左右操作油管路中的油压相等，这样会减小操作时的左右偏差。

2.5发电机组合轴承漏油检修难处理度大

贯流式机组的主轴是横向布置，发电机组合轴承在主轴靠上游侧一端，发导轴承在主轴靠下游侧一端。轴承支撑力方向与主轴横向表面垂直。发电机组合轴承前端面紧靠发电机转子轮辐，由正推力轴承、反推力轴承和发导轴承组成。组合轴承的渗漏油沿着转子轮辐流到定子线棒底部，或经转子旋转甩油沉积在转子和定子线槽内。

油污对大电机定子和转子造成污染，加速绝缘的老化，同时会影响其散热效果，从而降低机组使用寿命。在转子制动闸块和闸板上积累过多油污，在制动闸投入时会产生很大烟雾，更严重的是会引起油污着火的危险。由于漏油将导致机组润滑油系统油量减少，从而会导致机组由于油位过低而停机。又会对发电机内的控制、测量、信号装置元件和电缆等造成损坏。

在每年大修时均会发现各机组组合轴承有不同程度的漏油。定子底部的积油，已严重威胁机组的安全运行，经油循环检查，发现推力轴承下部与支撑环把合面、径向轴瓦与支撑环的把合密封面均有漏油。

结合机组其它大修项目，组合轴承漏油处理需要的安全措施有：

1）投入导叶锁定和转子锁定，切除调速器，流道排水完毕；

2）润滑油系统排油完毕，切除润滑油泵；

3）拆除各供、排油管和压力流量变送器等元件；

4）切除发电机空冷器和停机加热器；

5）断开发电机电调PT，断开发电机中性点；

6）在发电机出口母线和励磁引线装设三相短路接地线；

7）风洞内需进行气割、电焊敲击等作业，需要办理相应的动火工作票，并做好防火措施，准备好足够数量的泡沫灭火器材。

除以上安全措施的布置繁重外，拆除和回装工艺更为复杂，需要委外专业人员进行作业。回装后进行油系统循环检查试验，并清理风洞内油污，疏通风洞底部的排油孔，加装引油管。

组合轴承的漏油检修难度很大，根据各种漏油的可能性和设备的实际情况正确分析漏油的原因，彻底解决组合轴承靠转子侧的漏油点，能直接提高工作效率和单位的经济效益。

3水库调度管理

直岗拉卡水电站装机容量为5×38MW，单机额定发电流量为336.7m3，额定水头为12.5m，水库最大库容为0.15亿m3。电站距离上游李家峡水电站7.5km。正常运行方式下水库无调节能力，汛期入库流量大于发电流量时会有提弧门泄洪弃水。

直岗拉卡电站无水库调度部门，水库调度中的入库流量咨询和汛期外部防汛联系均由发电部兼管。长期以来，要求上游水位控制范围在2049.9± 0.1m。李家峡水库出库流量稍有变化会很快影响直岗拉卡的库区水位。当来水量发生变化时为了保持库区水位的稳定，要求在很短时间内调节机组负荷或频繁开停机，调节难度很大，值班员监盘工作量增大。加之上游李家峡电站为地区第一调频点，受网调直接调管。调频期间的出库流量变化幅度在50m3/s 至1300m3/s，给本电站的负荷调整带来很大难度。

为此，发电部采取的措施有：一是要求与上游电站签订《出库流量变化联系》协议，当上游电站出库流量在原来基础上增加或减少200m3/s时及时通知发电部。二是与上游电站发电部做好沟通与协调，保持长期良好的关系。三是根据发电部多年的水库调节经验，在发电部管理制度中增加“以流量定水位，以水位调开度”的水位调节方案，要求值班员养成良好的工作心态，耳、眼、手共用，集中精力监盘，时刻牢记安全生产和经济效益，但不能盲目追求经济效益。四是与黄河上游水库调度自动化系统联网，以各梯级电站的发电流量作为参考。

4加强人员操作技术培训管理，培育人员安全文化

随着计算机科学的发展，两票管理已实现电子流程，在大唐国际安全生产管理系统中已建立和完善了标准工作票和标准操作票。两票的标准化使用率达到100%。标准票的使用在很大程度上提高了工作效率，但同时也消弱了人员学习积极性。每个操作内容完全依赖于标准操作票，而没有真正做到每次操作前到现场核实安全措施。

安全生产不仅涉及到人身和设备安全的问题，更严重的是危及整个电网的安全和每位员工家庭的安全。关系到用户的正常生产、生活和社会的稳定，关系到每个员工父母、子女的健康。因此保障电力生产的安全，加强安全文化建设显得尤为重要；保障电力安全的前提是不断加强人员的操作技能培训，提高业务能力。

完善安全生产的各项规章制度，做到“凡事有章可循，凡事有人负责，凡事有人监督，凡事有据可查”。要建立健全以行政领导为核心的安全生产指挥体系，以总工程师为首的安全生产技术保障体系，确保年度发电任务的完成和“零事故、零非停”目标的实现。

加强安全教育，提高安全思想意识。要避免事故的发生必须要严格遵守《操作规程》和《电力生产安全工作规程》，每年至少组织一次安规考试。同时开展有关安全生产知识的网络答题和安全生产月活动，由各值安全员在班组组织学习事故案例并做好会议纪要。真正做到“四不伤害”，营造浓厚的安全生产氛围。

认真组织月度安全分析会，学习公司《安全简报》和安全监督网会议记录，分析全厂安全生产形势，总结安全工作经验和教训，制定加强安全生产管理的预防措施，发现问题超前考虑，超前布置措施。

在技术培训方面，积极鼓励员工参加各种知识竞赛和专题讲座。每月按时完成个人培训，个人培训题目自拟并作答，在班组创造良好的学习氛围。积极

参加集团公司或专业公司举办的各种知识竞赛，给员工增加外出学习培训的机会。这也是提高各种积极性和实现自身价值观的一种重要举措。

5充分运用现代运行管理技术

水电站现代化、科学化管理是运用科学的管理思想、管理方法和现代管理技术与统计分析手段，对发电过程进行优质、高效的管理，是进一步提高水电站管理工作的效率和水平的过程。目前，在用的现代管理包括新技术的应用、构筑和建设安全生产管理信息系统、点检管理信息系统、缺陷管理系统、企业资产管理系统、黄河上游水库调度信息系统等。维护管理标准化、规范化、程序化、现代化，全面推行标准两票，风险预控管理，推行“三讲一落实”制度，落实安全生产责任制，优化资本结构，加强成本管理，做好设备检修分析，做好台账的动态检查，组织召开月度运行分析和事故分析会，采用进行反事故演习等实际操做手段加强人员素质教育等。

对计算机监控系统进行改造，优化网络技术，采用光纤技术等现代化媒体，使水电站运行管理更可靠、更安全、更经济、更实用，且保持了技术的先进性，大大提高了劳动效率，提高了设备的自动化水平。

监控系统采用通信机与工业电视系统及电能计量采集系统、电力系统调度自动化系统、水情自动测报系统，大坝安全监测系统等连接，使水库运行优化合理。

6结语

以上运行管理及技术经验供行业协会、设备生产厂家和水电运行单位参考，希望经过专家组讨论研究后在水电领域改造推广，提高设备可靠性和运行管理水平。

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[6]黄金楷主编.水轮机及调节装置运行与故障处理[M].北京：中国电力出版社，2012.

中图分类号：TK733+.8

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）12-0012-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.006

收稿日期：2014-11-25

作者简介：李尔成（1981-），男，助理工程师，从事灯泡贯流式水电机组运行方面研究工作。