浅析混流式水轮发电机组安装调试和运行维护的几点注意事项

黄鹤明

(上海福伊特水电设备有限公司，上海 200240)

0 引言

水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。水力发电是综合利用水资源的一个重要组成部分，与航运、养殖、灌溉、防洪和旅游组成水资源综合利用体系。水力发电是一种再生能源，清洁无污染，对环境冲击较小，运营成本低、发电效率高，机组启动快，调节容易，同时水库和大坝还能有效地预防洪灾、提供灌溉用水并改善河流航运能力。

1 混流式水轮发电机组的安装和调试

通常情况下，我国的水电站设备安装是由水电安装单位按照GB/T 8564—2003《水轮发电机组安装技术规范》以及厂家编制的设备安装手册进行安装的。其中，国标GB/T 8564—2003在第12节及附录D对管道的安装、内壁处理和试验等均做了明确的要求。第12.4.2节规定：“油、气、水系统管道和调速器管道使用前，其内壁应按设计要求和标准进行冲洗和检验。设计无要求时，可参考附录D执行。”

1.1 水轮机流道检查

水轮机的流道通常由蜗壳、活动导叶和尾水管等组成。流道内的清理检查工作尤为重要，在机组充水前、充水后、开机前，均应对水轮机的流道进行检查，将流道内的钢筋、混凝土块、钻杆等杂物清理干净，以免机组开机后杂物随高压水对水轮机的关键水力部件的流道面(如固定导叶、活动导叶及转轮叶片等)造成破坏，影响机组的使用寿命。国内外很多电站的固定导叶、活动导叶及转轮叶片的流道表面均有被流道杂物撞击很多凹坑和划痕的案例。国外某大型电站曾因取水口栏污栅问题，一颗大树被水流冲入水轮机内，最终卡在固定导叶和活动导叶之间，造成机组无法正常关闭导叶进行停机，最终通过投入紧急事故闸门，使机组强迫停机，对机组的安全运行造成很大的影响。

1.2 油、气、水管路检查

油、气、水管路能否顺畅工作，对机组设备的调试和后期的安全稳定运行起着重要的作用。

为了保证机组冷却、润滑要求，技术供水必须有足够的供水量、水压(即一定的流量)、水质(对不符合要求的冷却水要进行水处理后才能使用)和水温。国内某电站在技术供水充水后管路中发现有异常的持续敲击响声，关闭技术供水总阀进行管路检查，最终在管路中发现了一把安装时遗落的铁锤，从而避免了过滤器的损坏。国内某水电站在安装调试时发现水轮机的主轴密封系统的精过滤系统的排污处失压，后经排查发现该精过滤系统被现场制作的管路中残留焊渣、焊瘤堵死，造成精过滤器滤芯在调试时被管路中的焊渣等所破坏(见图1)。

图1 主轴密封供水管道内的杂物及损坏的滤芯

国外某电站发电机上导轴承供油循环系统管路安装时，由于疏忽，安装人员未及时将手套和临时安装管堵等杂物(见图2)及时从管路中移走，发电机启动后发现上导轴承油温和瓦温均偏高，油冷却系统效率偏低。通过长时间的分析也未找到根本原因，后经逐项解体排查，最终发现油冷却器的冷却水管入口被一副安装手套和临时管堵堵住了，对调试的设备故障判断和调试进度造成了很大的影响。

图2 上导轴承冷却水管路内的手套和管堵

因此，建议相关规范和手册中应该增加表述：调试前将滤水、滤油等重要设备进行短接，待管路按相关标准和要求清洗干净后再接入这些设备进行调试。只有注重了安装过程中的每一步细节，才能确保机组调试运行的顺利进行，有效地保护发电设备安全运行。

1.3 管路保护

无论是管路安装过程，还是混凝土浇注过程，都应该采取措施对管路进行保护，以免异物或杂物落入管路内。同时避免临时管堵遗忘在管路中，对机组的安全稳定运行造成影响。建议按相应规格的管径，使用塑料安装保护帽。塑料帽可以有效地保护管路末端，防止异物进入，同时可以避免将安放在管端的临时管堵遗忘在管路内。安装连接时，只有把塑料帽拿开，才能顺利安装管路密封。塑料帽的领用和还回应按责任人登记造册进行控制，能有效地控制异物进入管路而且能够全部回收循环利用。

1.4 机组转动部件检查

国内某电站其发电机转子和定子之间掉落了螺栓、垫片等异物，但因转子和定子之间间隙较小，深度较深，故无法通过目视方法发现异物存在。当机组开机启动时，造成发电机扫膛，发生非常严重地事故。若采用柔性内窥镜，插入定转子间隙里，沿圆周方向移动，利用底部磁铁，可以将掉落的螺栓、垫片等铁磁杂物从转子和定子间的空隙里取出，降低机组扫膛事故的风险。

1.5 电站辅机系统检查

电站辅机系统试验前应列出逐项检查清单，确保所有的安装辅助材料、工具等在安装完成时全部清理干净，以免对各项试验造成影响，延误工期。

国外某电站在发电机封闭母线安装完成后未将封闭母线导体和外壳之间的临时安装支撑(该支撑两端为方木，中间通过调整螺栓连接)及时拆除移走，由于封闭母线高压试验时会产生放电现象，导体和外壳之间通常使用绝缘子进行隔离，但遗忘在该相封闭母线内的临时安装支撑(见图3)造成了母线升压时导体和外壳之间短路，该相电压无法达到设定要求，电流显示异常，从而导致封闭母线高压试验失败。

2 水轮发电机的运行和维护

2.1 混流式水轮机连续运行范围

每个水轮机都按照电站的水头H(m)和流量Q

图3 发电机封闭母线内遗漏的调整木块

(m3/s)来设计其出力P(MW)。诸多运行工况点连线所包括的范围，即为水轮机的运行范围。在不同的水头和流量下，水轮机有着对应的运行特征。按负荷可以分为：极低负荷运行区、部分负荷振动区、部分负荷运行区、无涡运行区、大负荷运行区和超负荷临时运行区(见图4)。其中无涡区为机组的最优运行区，该区域运行的水轮机效率高，噪声最低，机组振动最小；部分负荷振动区机组效率低，噪声和振动都很大，对机组各部件的破坏力最强。要严格按照厂家推荐的长期稳定运行范围来合理使用水轮发电机组，发挥最佳经济效益，使水轮机能高效率、低噪声、低振动地长期、安全、稳定运行，这对充分利用水能资源、减少运行维护、提高水轮发电机组的运行寿命等起着举足轻重的作用。

国内某水电站，其水轮机的设计出力近140 MW，厂家推荐应在不低于80 MW的范围内运行，但该机组因电网调度及电厂需要，长期处于超低负荷运行(见表1)，使得机组在相当长的时间内在气蚀运行区域内运行，从而在转轮上冠上叶道间出现了较大面积的气蚀(见图5)。鉴于机组在较低负荷区域运行时也易出现振动、噪声等不利于稳定运行的现象，建议电厂根据水轮机厂家结合电站自身设计特点提供的稳定运行区域，充分与电网调配进行沟通协调，尽量减少机组在非推荐甚至是禁止运行区域运行，以确保机组长期、安全、稳定运行。

图4 某水电站推荐的水轮机运行范围

表1 某水电站各机组运行统计记录

续表1 某水电站各机组运行统计记录

图5 某水电站机组负荷及转轮上冠气蚀

2.2 水轮发电机油、气、水管路定期保养

当中控上位机报警某轴承温度升高信号，或某轴承温度指示达到或超过故障温度时，应检查相应轴承冷却器和供排水阀是否关闭或堵塞，供排水压力是否正常(推力轴承还应检查外循环油泵运行是否正常)。应排除技术供水总供、排水阀、冷却水供水阀、推力油泵尚未启动而油流误指示正常(表计误发信号)。若系机组摆动过大，应调整机组负荷，避开振动区，使温度下降到允许值。

国内某电站在机组检修时发现水导轴承油过滤器和主轴密封供水管路均被河道中的一种类似贝壳类的生物给堵住(见图6)，造成冷却系统的冷却效果大幅度下降，水导轴承瓦温不断升高，主轴密封供水严重不足并造成主轴密封条磨损加剧，从而给机组的长期稳定运行带来了很大的安全隐患。

3 结语

电站的日常维护中，对影响机组安全运行的油、气、水管路可以拆卸的部分，经常进行巡查并采取适当的措施。如及时清理管路及连接法兰处发现的异物，根据各电站日常维护中发现的情况制定相应的例行检查制度，及时与厂家和设计人员进行沟通，以便设计人员将相应的要求在运行维护手册进行更新。

图6 贝壳堵塞的油冷却过滤器和供水管

水电站只有将安装、调试和运行维护有机结合起来，将具体工作落实到每一阶段的具体细节，并在推荐的水轮发电机组运行范围内运行机组，才能使得水轮发电机组长期、安全、稳定运行，充分利用水能资源、发挥最佳经济效益和社会效益。