水轮发电机组安装中的问题与措施

刘双志

摘要：在水力发电站当中，水轮发电机组所属核心设备，机组安装工作质量和发电站运行安全及稳定有重要影响。目前，水轮机安装阶段通常由于固定结构、轴线轴瓦间隙、镜板受力、高程控制等方面存在问题，导致安装质量受到影响，威胁机组的安全运行。该文对以上问题展开分析，重点论述机组安装问题的解决之策，期待通过详细分析，找到机组安装质量缺陷和应对策略，不断提高安装质量，促进水轮发电机安全运行，保证供电质量。

关键词：水轮发电机组 安装技术 固定结构 高程控制

中图分类号：TV734  文献标识码：A

Problems and Measures in the Installation of Hydroelectric Generating Units

LIU  Shuangzhi

（Xinhua Hydropower Company Limited，Beijing，100071 China）

Abstract： In the hydroelectric power station， hydroelectric generating units are core equipment， and the installation quality of the unit has an important impact on the operation safety and stability of the power station. At present， in the installation stage of the turbine， the installation quality is usually affected due to problems in the fixed structure， axis shaft tile clearance， mirror plate force， elevation control and other problems， threatening the safe operation of the unit. The paper analyzes the above problems， and focuses on the solutions of the installation problems of the unit， looking forward to finding the installation quality defects and countermeasures of the unit through detailed analysis， constantly improving the installation quality， promoting the safe operation of the turbine generator， and ensuring the quality of power supply.

Key Words：Hydroelectric generating set; Installation technology; Fixed structure; Elevation control

當前，随着社会的快速发展，各行业对电能的需求量越来越高。水电站当中水轮发电机组功能的发挥和安装操作流程息息相关，只有严格控制机组安装质量，才能提高其使用的安全性。然而，在机组安装阶段，可能由于操作人员技术措施运用不当，导致安装过程存在质量缺陷，后期机组运行存在各类问题，对于发电质量造成影响。对此，需要行业人员深度分析机组安装问题所在，给予高度重视，规范安装操作，合理应用安装技术，为发电机组的良性运行提供支持。

1 水轮发电机组安装问题

1.1固定结构

在水轮机组安装阶段，固定结构是对机组固定中心确认依据，也是电机定子、转子中心确认重点。在安装过程中，施工人员对于固定中心确认不准，导致机组后期运行难以将附加力作用在轴承部件之上。同时，固定结构安装有偏差、有错误，发电机组运行过程会出现动力失衡，对于机组发电安全、发电效率均回产生严重影响，更甚会影响机组使用寿命。

1.2轴线轴瓦间隙

水轮机组安装，涉及轴线、轴瓦等部件处理，如果二者间隙处理存在问题，就会对机组运行质量造成影响。部分人员在法兰水导、上导、下导等安装阶段，未注重点位的控制，导致点位选取不在相同垂线上。同时，安装阶段清洁工作不够细致，使镜板、推力瓦之间有杂质存在，影响机组运行。盘车作业阶段，固定结构中心检查操作缺乏，难以及时发现碰撞或者损伤类型问题，检查阶段信息记录不够全面，间隙调整不及时。除此之外，部件安装测点位置选择在粗糙区域，对于部件读数精准性产生影响。开启连轴法兰止口时间隙过大，使机组电机轴部件、其他部件出现中心偏离问题，仪表读数不精准，影响机组运行受力平衡[1]。

1.3镜板受力

发电机组安装镜板受力也是重点问题之一，镜板会受到水平方向的力，还会受到推力。部分人员在推动镜板的时候没有控制调整方法，安装以后获得的测量结果不够准确，仪器存在误差，单纯通过手感难以判断误差情况，使镜板顶部位置千分表数据误差相对较大。人员在镜板边缘处对于其水平状态进行检测，忽視了推力瓦受力的变化影响，导致镜板水平值测量存在问题。除此之外，利用千分表监测作业流程，没有对推力瓦采取逐块读数，常常在完成两块以后读数，甚至推力瓦处于打圈情况下就进行回零处理，镜板受力问题和处理操作不当，对于发电机组安装质量造成严重影响。

1.4高程控制

水轮机组在安装阶段，下机架的高程控制问题也是影响安装质量的重点。部分人员在安装阶段没有将机组固定部件、转动部件之间高程差的分配问题考虑其中，导致高程确认存在误差。同时，基坑测定返点阶段没有将卷尺本身误差考虑其中，使基坑测定误差偏高。下机架高程测定误差超出范围，座环加工、导水机构尺寸不够精准，确定过程没有考虑温度因素，预装阶段测量工具误差考虑缺乏，定子线棒的下线对于其中心线高程复核不够准确。此外，转子的磁极中心误差控制不够合理，没有注重变形量监测，转子吊装和主轴连接以后，未能及时对上下止漏环的和定子中心高差及时测量，从而出现高程偏差问题[2]。

2 水轮发电机组安装问题解决策略

2.1固定结构问题的解决

对于发电机组的固定结构中心位置确认存在的问题，施工人员需要明确该结构的功能和重要性。在安装阶段，为了保证发电机气密分布均衡，需要正确安装机组的固定部分，并以此为依据将固定中心准确测定出来，让机组电机定子、旋转部位中心也得以准确安装。因为只有固定中心确认以后，机组运行的附加力才能全部作用在轴承部件上方，确保机组能够长期对轴线产生支撑作用，以免运行阶段出现波动问题。机组安装阶段，应重点注意固定结构定位问题，提高安装准确度，以免发电过程机组出现受力不平衡问题，确保机组运行效率和安全。同时，机组安装阶段，作业人员需要高度重视固定结构中心安装，如对转轮的安装，还需在固定结构中心安装时，注意挡油桶这类部件的管理，预防结构出现“偏心”的问题，还能避免机组运行期间“甩油”现象出现，降低安装问题对于轴承部件产生损伤。机组安装中心结构位置确认过程，不应该受到固定结构形状、性质方面影响。当固定部分能够确定的直径数量超过3个，可确定的读数超过6个，即可按照固定中心不同区域直径中心点，将其连接以后组成多边形，重新测算固定结构多边形重心，并依据重心确认中心点。针对测量得到固定中心，还需对其进行调整，使其能够处于相同垂线之上。

2.2安装间隙问题的解决

为了解决机组安装轴线、轴瓦的缝隙问题，需要安装人员注意法兰水导、上导和下导等安装作业，需要将平面均分为8个点，使所有点位能够在相同的垂直平面上。因为轴线和轴瓦初调会对镜板水平受力产生影响，所以，安装阶段需要安装人员对于镜板、推力瓦等进行彻底清洁，通过全面清洁措施，将其中杂质去除。同时，在间隙位置涂油能够减小运行摩擦阻力，如果安装工作处于气候炎热时间段进行，可以将猪油、羊油按照比例混合，预防天气因素导致涂油熔化[3]。

在盘车操作方面，需要保证大轴处于自由运转状态，同时，盘车操作环节大轴不能受到其他部件碰撞影响，特别是挡油筒、大轴之间的碰撞。由于此类碰撞对机组运行产生的影响相对较小，所以部分安装人员可能忽视此细节。为了保证安装工作质量，在机组安装盘车作业阶段，安装人员应该注意对固定结构中心的检查，及时发现已经产生的碰撞损伤，及时解决问题。检查工作的开展需要仔细核对盘点，盘点到位以后禁止施加外力对其产生影响。检查操作时，安装人员可用手指轻推盘点，判断轴部灵活性，检查以后准确记录相关结果。特别应注意，部分人员错误认为机组安装只需上导瓦抱紧之后，就能展开顶转子涂油操作，顺利将落转子班车操作完成。事实上，转子下落以后难以返回原中心位置，大轴运行也不是自由状态，所以即使导瓦处于抱紧状态，转子也不能顺利回到中心处。对此，施工人员将转子下落以后，需要及时将上导瓦松开，并检验大轴自由运行状态，按照大轴运行情况，对导瓦间隙加以调整，之后重新盘车。机组安装操作阶段，如果单纯将上导瓦抱紧并无必要，而是要保证上导瓦存在间隙，距离0.01～0.02 mm间即可，如此设定盘车作业无需消耗过多力，就能使其达到归零目标[4]。

此外，机组安装还涉及千分表这类部件的安装操作，如果测点选择位置不平整或者刀纹粗糙，千分表精度就会受影响。为了避免此情况出现，可将胶木套设置在千分表顶部，确保测点位置光滑。安装人员在操作连轴法兰的时候，禁止出现止口开启间隙过大这类问题，控制机组的电机轴部件和其他结构出现中心偏离情况，对于机组仪表摆度、读数精度造成影响。如果所有部件有较大程度不同心偏差问题，那么即便是盘车摆度读数准确，也会影响机组正常运行。因此，安装阶段要求施工人员对于部件安装操作妥善处理，加大检测力度，预防机组失衡这类问题出现。

2.3镜板受力及处理问题解决

水轮发电机组安装，镜板受力情况复杂，安装阶段应重点分析其受到的推力和水平力情况。可将镜板设置在推力瓦的上方，通过推力控制镜板水平状态。注意调整阶段需要测量出镜板在不同方向水平值。检测过程需要利用方形水平仪（0.02 mm）辅助测量，同时，为了保证机组安装能够获得准确数据测量结果，还需要检测水平仪是否存在误差。检测阶段利用两块镜板，使其处于相对方向，检测值选择镜板水平值的1/2，获得具备垂直关系的两个数据，分别为x向、y向，通过几何方法计算出镜板水平方位，达到机组使用需求以后，还需要将转子放置在镜板上方，方便使用千分表检测镜板受到的推力情况。面对镜板顶部千分表测量误差过高的情况，单纯通过手感对于误差进行判断不够准确，本质原因是转子在推力瓦上影响千分表检测结果。虽然大型或者中型发电机组，通过镜板边缘也可将水平程度检测出来，但是常常会受到推力瓦受力变化影响，导致镜板水平情况发生改变，安装人员不能够测量出准确的水平数值。针对此情况，需要当转子向镜板下落的时候，结合镜板、推力瓦实际受力情况，将千分表安装在法兰的水导位置，还需要将未贴紧镜板位置推力瓦适当提高，提高幅度控制0.01～0.05之间即可，提高以后推力瓦可能千分表读数归零，这时推力瓦会均匀升高并与镜板贴紧，千分表的x方向、y方向读数误差也会减小，不超过0.01 mm。施工人员以千分表辅助监测工作的时候，需要严格注意每打一块推力瓦，就需对数值进行详细记录，切勿多块推力瓦打完以后统一读数，并进行归零处理，禁止安装过程推力瓦打一圈回零现象出现。通过以上措施控制发电机组的镜板受力问题，科学处理才能解决安装问题[5]。

2.4高程测量误差的解决

在水轮发电机的安装环节，质量控制极为重要，要保证机组正常运行阶段，转轮上冠、顶盖上防止水漏环平行，避免对于下轮水力效率造成影响。同时，还需保证定子和转子的中心线高程处于重合状态，避免定子中线、转子中线高程之间偏差好大，将下机架、定子机座产生轴向荷载增加。机组安装阶段，确认下机架的高程时应该将整体转动部件、固定部件存在的高程差合理分配。与此同时，通过对转子磁极的中心线高程调整来弥补机架安装高程误差。

例如：新疆叶尔羌河錾高电站主电站装机容量180 MW，厂房内共设4台水轮发电机组，机组额定水头54 m，属于立轴混流式水轮机、金属蜗壳，转轮直径D1=3 500 mm。发电机是结构形式为立轴半伞式，以空气冷却方式工作，下机架安装高程设计值1 552.495 m，定子基础高程设计值1 553.945 m，转子安装高程（磁极下部高程）1 554.56 m。机组的结构组成简图如1所示。

圖1中，为转轮法兰面到水轮机的安装中心距离；为水轮机轴长度；为发电机轴的实测长度；为转子中心到下周法兰距离；为推力头镜板厚度；为推导轴承厚度；为磁极长度；、为转子法兰面利用水准仪和卷尺的测量读数。

机组安装流程为先测定基坑，之后按照两条主线进行安装，第一，确认导水机构的开档尺寸、预装导水机构、转轮吊装、顶盖吊装、水发轴安装、下架机推导轴承安装、转子吊装、上端轴吊装、上机架和上导轴安装；第二，组装定子机、预装下架机、确认转子磁极的中心线高程、中心线返点。

在下机架的高程确认方面，需要按照水轮机实际安装高程、下机架导轴承到导水机构的中心距离综合确认。同时，还应该将轴实测长度与下机架挠度多方面因素考虑其中。预装下机架以前，利用现场实测方式或者通过厂家提供发电机轴长、水轮机轴、推力头镜板厚度数据。对于下机架高程测量使用公式：

式（1）中，为转轮挠度值；为下机架可承受转动部件最大重量、轴向推力挠度。因此，为了保证高程安装准确性，预装阶段需要将下机架位置推导轴承法兰面到定子中线高程差计算出来，并与设计高程对比，从而分析高程差出现原因[6]。

确认转子的磁极中线高程时候，需要在机组处于静止状态之下，对于定子和转子中线重合情况进行测量。安装阶段，还需要对转子中心下方法兰面、磁极中线距离确定。该距离计算实用公式：

公式（2）中，为定子中线实测高程、设计高程之差；为下机架的实际高程、设计高程差；为推力镜头实测厚度、理论厚度之差；为下机架可承受运动部件挠度；为转子本身挠度。

吊装转子以前，需要先将定子中线高程和转子磁极中线高成返点确认，等转子被放入基坑以后，对于定子和转子的中线高程差进行核实。如果偏差较小，即可对于推导轴承弹簧垫片进行微调，还可以对于抗重螺栓进行微调。

为控制机坑测定误差，需要安装人员重点注意不同高程样点的控制，只有机坑高程测量结果准确，才能保证后续重点部件安装精准。具体测定流程为，先将导叶中点固定，之后选择中心线，将其作为机组的导水机构的安装中线，和该中线对应高程就是水轮机安装的设计高程。之后向座环法兰、基础环和风洞位置取采样点，每个位置选择两处，采样点相互备用。返点阶段应重点关注卷尺自身误差，并在计算尺寸链的时候将误差考虑其中。

对于下机架高程的测定误差控制也十分重要，因为此高程确定和机组转动部件、固定部件配合情况息息相关。水轮机安装阶段，注意对下计价安装高程偏差的控制，使其和理论值之间误差不超过±0.5 mm。预装下机架环节，高程控制需要将底环高程作为基准，无论是导水机构的开档尺寸，还是环座的加工精度都需要高度精准。确认开档尺寸的时候，还需要将环境温度方面的影响考虑其中，根据现场的实际测量结果作为活动导叶长的判断依据。在预装期间，施工人员通常会利用卷尺作为测量工具，因为尺子本身有误差存在，所以应该通过检验部门的校核，如果误差存在对于高程测量产生影响超过1 mm，那么不可以忽略。除此之外，安装人员还可与水轮机生产厂家进行沟通，判断发电机轴处于运行工况之下伸长值大小。预装下机架操作，应该对机架和定子中心高程差进行对比，高程差可以分为两个部分：一是预装高程和设计高程差；二是定子中线高程和设计高程差，在下线过程应重点对于定子中线进行复核。

对于转子的磁极中心高程控制也是发电机组安装质量控制要点。该项目机组安装标准对于转子磁极中线、定子铁心的安装高程误差控制要求为-3～0 mm之间。同样，高程确定也需要注意两处变量，一是下机架承担机组的转动部件实际重量挠度，二是转子自身挠度。首台机组安装过程，高程确定需要结合设计院蓝图、机组制造厂家技术资料及机组的安装经验，首次安装需要使用百分表对于变形量进行监测，为后续机组安装高程确认提供依据。当转子正式吊装，并和主轴、转轮连接以后，需要及时对转轮的上方和下方止漏环的高差进行测量，并确认定子和转子中线高差。如果偏差超标，则需对推导轴承弹簧垫片、抗重螺栓加以调整，以此对偏差进行纠正[7]。整个机组安装过程中严格按照设计要求、厂家技术指导书要求及《旋转电机基本技术条件》（GB/T 755）、《水轮发电机基本技术条件》（GB/T 7894）、《水轮发电机组安装技术规范》（GB/T 8564）相关规定要求执行。

3结语

综上分析，水力发电决定着社会经济发展，发电机组的安全运行不但能够为行业发展提供能源支持，而且还决定着资源利用高效性。因为水电站当中发电机组为重点设备之一，机组安装和其安全运行息息相关。面临安装阶段存在的诸多质量问题，需要相关主体高度重视，加大力度研究和水轮机组安装质量有关的问题，逐一解决，保证机组安装过程顺利，避免由于安装质量问题造成机组运行受到影响，为水力发电领域的持续发展奠定基础。

参考文献

[1] 王勇刚，彭强.江坪河水电站座环基础环安装技术[J].水力发电，2020， 46（6）：4.

[2] 李健，吴强.长潭河电厂水轮发电机组盘车及轴线调整方案[J].人民黄河， 2020（S2）：3.

[3] 朱新，董彬，李晃.白鹤滩水电站水轮发电机组座环加工质量控制[J].人民长江，2020（S2）：4.

[4] 李玲，王华军，郑涛平，等.乌东德水电站850MW水轮机总体技术特性分析[J]. 人民长江，2022，53（4）：5.

[5] 周龙，熊斌，丁树业，等.1000 MW量级水轮发电机中性点电压漂移影响因素及接地装置参数优化分析[J].电工电能新技术，2022，41（4）：8.

[6] 李湧博，汤荣才，王宾，等. 水轮发电机组惯性比率对调节系统稳定性的影响[J].水电能源科学，2021，39（10）：5.

[7] 马国华.石门坎电厂水轮发电机组功率振荡问题的仿真研究[J].水电能源科学，2021，39（12）：3.