灯泡贯流式水轮发电机组常见故障分析及处理

付雪辉

（国家电投集团广西长洲水电开发有限公司，广西 梧州 543002）

国家电投集团广西长洲水电站位于广西梧州市上游12km的浔江干流上，电站横跨三江两岛。从右到左的建筑物是内江厂房开关站、内江发电厂房（6台机）、内江泄水闸（12孔）、长洲岛、中江泄水闸（15孔）、泗化洲岛、外江厂房开关站、鱼道、外江发电厂房（9台机）、外江泄水闸（16孔）、1号船闸、冲沙闸、2号船闸、外江右岸土坝。坝顶高程34.6m、坝长3521m，库区上游多年平均流量6120m3/s，电站安装15台单机容量42MW的灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量为630MW，年设计发电量30亿kWh，是一座以发电为主，兼顾航运、灌溉等综合效益的大型水利枢纽。

长洲水电站自投产以来，基本保证了设备的安全稳定运行，但期间也出现过设备异常现象，经过分析处理，消除了设备的安全隐患。本文就近年来运行过程中设备出现的问题，简述所采取的处理方法及防范措施。

1 机组运行过程常见故障分析及处理

1.1 机组出口电缆温度偏高

1.1.1 原因分析

灯泡贯流式机组由于空间结构比较狭窄，发电机出口到出口断路器之间采用电缆连接，长洲发电机定子出线每相采用4根交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆连接，电缆从定子出线端沿电缆桥架呈品字形均匀排布。发电机在运行中，电缆通过一定负载电流时产生发热的现象。由于绝缘性能不好，造成绝缘电阻较小、电缆过载、电缆通风散热效果不理想，影响了电缆的正常散热，有可能造成机组出线电缆过热。

1.1.2 处理措施

1.1.2.1 出线电缆桥架增加散热风机

在机组定子出线电缆桥架层下游侧增加通风机，原8.75m电缆桥架层每台机组下游侧均安装一台通风机。为增加通风能力，在每台机组下游侧再各增加一台通风机，并将其控制回路接入原风机控制柜，分为I组风机、II组风机，运行人员可根据环境温度变化，选择一组投入或者I、II组同时投入，保证环境温度在正常范围，从而保证电缆的正常散热。另外，在电缆温度偏高的几个点，比如电缆的转角处增加临时通风机，降低电缆温度。

1.1.2.2 增加出线电缆，减少单根电缆的载流

将发电机出线电缆每相由4根电缆增加为5根电缆进行分流，从而降低电缆的发热量及温度。

1.1.2.3 采用分散固定，提高单根电缆散热面积

对DTS-2000分布式光纤测温系统显示的几个局部温度偏高的电缆进行分散排列布置，制作一个固定夹具，将机组定子出线电缆进行分开布置，每根电缆之间留有一定的缝隙，提高通风能力，从而使每根电缆散热面积增大，有效的降低了电缆运行温度。

1.1.3 加强运行监视

安装光纤感温报警探测系统，实现对机组出线电缆温度实时监控，及时发现电缆温度偏高部位，及时调整通风风机运行方式，确保机组出口电缆温度正常。

1.2 机组励磁碳刷卡簧断裂

1.2.1 原因分析

机组运行过程中，励磁碳刷卡簧断裂是比较常见的故障，常见原因有：

1.2.1.1 长期多种原因引起个别碳刷弹簧压力发生变化，接触电阻发生增大，产生过热，引起材料性能发生变化，从而引起卡簧断裂；

1.2.1.2 励磁滑环表面不光滑，存在凹槽，使得碳刷在运行中受阻，刷握产生振动引起材料疲劳，从而引起卡簧断裂；

1.2.1.3 由于碳刷本身质量问题，在运行过程中其磨损程度不一样，碳刷卡簧压力也不一样，从而使得电流分配也存在一定的差异，碳刷电流分配的不平衡，使得部分碳刷温度高，加速碳刷磨损速度，造成碳刷跳动，从而引起卡簧断裂；

1.2.1.4 正极滑环、负极滑环两侧涂封固定材料老化松动，负极滑环倾斜明显，与假轴的同心轴发生偏移，导致碳刷卡簧在运行过程中承受交变轴向力，是励磁卡簧频繁断裂的主要原因。

1.2.2 处理措施

加强巡视检查，及时更换磨损较多的碳刷，确保各碳刷接触压力均匀，各碳刷电流分配均匀。

针对正极滑环、负极滑环不同心引起的交变轴向力，主要采取了以下处理方式。

1.2.2.1 励磁正负极滑环位置调整。检查机组励磁正负极滑环的位置是否符合要求，如出现倾斜现象及时调整励磁滑环上环、下环位置，可使用千斤顶调整，使之符合设计要求；

1.2.2.2 励磁滑环定位。在励磁滑环上环、下环位置外侧集电环轴上按90度分布距上环、下环外侧10mm位置钻4个孔并进行攻丝。

1.2.2.3 防止正负极励磁滑环松动。加工绝缘垫块及绝缘螺栓各8套；用加工绝缘垫块及绝缘螺栓固定励磁滑环上环、下环位置，绝缘件涂刷环氧胶，对正负极励磁滑环进行限位，防止运行中滑环变位倾斜。

另外，从机组二次空气冷却系统中引入一路冷风，对励磁滑环室进行冷却，结合碳粉吸收装置，确保机组滑环碳刷运行环境良好。

1.3 机组推力瓦瓦面脱落

1.3.1 原因分析

根据现场情况，初步分析空心镜板是导致推力瓦面脱落的主要原因。机组运行过程中推力瓦面受到疲劳振动，导致瓦面出现裂纹，在油膜压力及温度的作用下发生整块脱离现象。长洲哈电-东芝机组正向推力较大663t，转速较低75r/min，即使采用了68号润滑油，油膜厚度也仅为0.03mm。而现场机组又采用的是空心镜板，在正向推力负荷稳定的情况下，由于空心镜板环向轴向刚度的不均匀会产生环向波浪度，镜板旋转时各块推力瓦油膜厚度就会时大时小，发生瓦面受力波动，导致钨金层疲劳剥落。

1.3.2 处理措施

为了彻底解决哈电-东芝机组瓦面脱落问题，将机组的镜板由焊接空心镜板改造为整锻实心镜板，同时为减小正向推力瓦变形，正向推力瓦厚度由 125mm 增加到 175mm，镜板厚度相对变薄，这样径向轴承润滑参数更加优良。

1.3.3 运行防范措施

为确保哈电-东芝机组运行正常，运行人员也采用多种手段加强监视分析，监视机组运行状态，避免在振动区运行；加强对机组轴承润滑油系统监视，确保机组轴承润滑油温度在正常范围之内，为机组轴承系统安全运行提供保证。同时加强对轴瓦状态的检查，定期利用内窥镜进行镜板及推力瓦运行情况的检查。

1.4 机组桨叶操作油管脱落

1.4.1 原因分析

机组桨叶操作油管的内管采用的是右旋螺纹，也就是常规螺纹，在运行中受到的将是使螺纹松脱的作用力，且未设计安装销钉。另外内管螺纹连接处的点焊止动措施不到位，点焊过少，运行中造成焊点脱落，止动功能消失，从而造成桨叶操作油管段脱落，从而引发一系列的故障。

1.4.2 处理及运行防范措施

桨叶操作油管内管采用左旋螺纹，以使内管下游端螺母丝扣运行中受到的作用力是使丝扣越来越紧，并安装销钉止动，防止运行中内管松脱[1]。

加强监视，定期巡检并根据标定的桨叶开度及接力器行程进行核对，做好记录及数据对比分析，及时发现桨叶操作系统存在的异常。

1.5 机组轴头轻微漏水处理措施

灯泡贯流式机组导叶轴套漏水现象十分普遍，长洲机组投产后同样存在导叶轴套漏水问题，在处理过程中也采用了多种方式，包括更换导叶轴承密封、密封唇口加O型密封等，均不能做到滴水不漏，只能减少漏水量。为确保机组廊道层的优良环境，采用接水盒方式，每个导叶轴套上安装一个接水盒，接水盒与轴套同步运行，再将接水盒的水汇集排至集水井，从而彻底解决了导叶轴承轻微漏水带来的影响。

1.6 机组调速系统压油泵频繁启动原因分析及处理

1.6.1. 压油泵启动定置漂移，启泵与停泵的定置间隔小，造成压油泵频繁启动。

通过调整压油泵的启动定置，确保停泵压力与启泵压力有一定的大小，从而保证一定时间的用油量。

1.6.2 调速器导叶（桨叶）主配抽动，用油量过大，造成压油泵频繁启动。

调速器主配抽动分为电气原因与机械原因，可以通过将导叶（桨叶）切至手动控制，如抽动现象消失，则可判断为电气抽动，否则为机械抽动。电气抽动一般需要查找综合模块（控制模块），机械方面一般为主配中位偏移，可以通过停机后调整主配中位等方法调整。

1.6.3 受油器浮动瓦间隙过大，开关腔与轮毂供油腔窜油过大，造成压油泵频繁启动。

可以通过观察轮毂高位油箱有无返油现象，判断有无压力油返到轮毂供油管回路，不过要处理窜油问题必须待机组检修时方可解决。

1.6.4 导叶（桨叶）接力器开关腔缸体窜油量较大，造成用油量大，压油泵频繁启动。

1.6.5 轮毂内桨叶开关腔供油管路窜油，一是造成运行中桨叶频繁调节，桨叶抽动；二是造成用油量过大，压油泵频繁启动。

1.6.6 压油泵出口止回阀关闭不严、压力油罐排油阀关闭不严、调速器供油管路存在渗漏等原因，造成部分压力油回到调速器回油箱，压力油罐压力下降过快，引起压油泵频繁启动。

2 机组运行过程中异常判断分析

2.1 机组轴瓦温度异常升高判断及处理

机组运行过程中，如机组轴瓦温度较正常运行时出线异常上升现象，但温度又未达到机组瓦温过高事故停机值，要求运行人员正确判断温度升高的原因，及时采取以下措施：

2.1.1 首先启动高顶泵，给轴瓦间注入高压油。无论何种原因引起轴瓦温度异常上升，注入高压油都是有利于设备安全的：一是防止润滑油中断引起的轴瓦温度异常；二是可以缓解机组工况差等原因对轴瓦的影响。

2.1.2 检查机组轴承冷却系统。检查轴承冷却系统是否正常，是否由于冷却水压不足造成冷却效果差，从而导致轴瓦温度上升。

2.1.3 检查机组轴承润滑油系统，防止管路出现漏油现象。

2.1.4 调整机组工况，避免机组处于振动区域运行。

如果检查未发现异常，同时其他措施未缓解轴瓦温度上升，应及时申请停机，避免引发设备损坏事故。

2.2 桨叶主配抽动异常判断及处理

灯泡贯流式机组在运行过程中，常见桨叶主配异常抽动，影响设备安全运行，运行人员分析及处理过程主要有：

2.2.1 通过分析压油泵启停间隔时间，初步判断机组调速器系统出现异常，造成用油量增加；

2.2.2 首先要判断是电气方面还是机械方面原因引起的主配抽动现象，可以将主配切手动控制，切除电气控制部分，如果主配恢复正常，则为电气方面引起的抽动，否则为机械方面的原因，根据实际故障情况通知专业维护人员处理；

2.2.3 在未处理之前，如果为电气方面原因，可以将桨叶切“手动”位置，暂时维持设备运行，如果为机械方面原因，抽动已影响设备安全运行，应申请停机处理。

2.3 轴承润滑油冷却器内部渗油异常判断及处理

轴承润滑油冷却器主要是对机组润滑油进行冷却，一般采用壳式油冷却器或板式油冷却器。壳式油冷却器内部细铜管通油外部通水进行冷热交换，长时间运行后容易出现内部铜管破裂，造成少油或油混水，运行应加强对其的分析跟踪。

2.3.1 每值进行设备运行分析，分析机组轴承高位油箱、低位油箱油位变化曲线，如果发现油位呈现下降趋势，应对轴承润滑油回路进行检查，看有无明显渗漏点，同时打开机组轴承润滑油冷却器冷却水的压力表排气阀，看排出的水是否含油，如果含油则可判断油冷器内部渗油；

2.3.2 倒换油冷器运行，倒换后做好油位分析跟踪，确保已切除故障设备。

3 结语

上述针对灯泡贯流机组常出现的问题进行原因分析，阐述处理过程，对运行人员在处理常见异常方面的经验进行总结，目的是提高运维人员的技能水平，给同类型机组的检修、运行有所借鉴，确保设备的安全稳定运行。