《水轮机及辅助设备》项目九-水轮机运行故障

1、课程:水轮机及辅助设备运行与检修 12021/2/12 项目项目九九: :分析分析处理水轮机运行故障处理水轮机运行故障 22021/2/12 1.分析处理水轮机机械故障教学情境的创建 表9-1 分析处理水轮机机 械故障教学情境的创建 32021/2/12 1.分析处理水轮机出力不足故障教学情景的创建 表9-2 水轮机出力不 足教学情境的创建 42021/2/12 9.1.1 混流式水轮机常见故障原因及处理措施 52021/2/12 9.2.1蓬辣滩水电站水轮机桨叶不能打开故障分析处理 2.蓬辣滩水电站水轮机桨叶不能打开故障现象 1 1）基本情况）基本情况 蓬辣滩水电站位于广东省大埔县境内蓬辣滩

2、水电站位于广东省大埔县境内, ,电站安装电站安装4 4台灯台灯 泡贯流转桨式水轮发电机组泡贯流转桨式水轮发电机组, ,装机容量装机容量4 411MW11MW。水轮机。水轮机 型号为型号为GZGZ（K239323K239323）-WP-440A-WP-440A, ,调速器为调速器为BWST-100BWST-100步进步进 式可编程双微机调速器式可编程双微机调速器, ,与之配套的油压装置型号为与之配套的油压装置型号为HTZ-HTZ- 6.0-4B6.0-4B。调速系统额定工作油压。调速系统额定工作油压3.92MPa3.92MPa。1 1号机组于号机组于 20022002年年5 5月投产。月投产。

3、62021/2/12 2.蓬辣滩水电站水轮机桨叶不能打开故障现象 2 2）故障现象）故障现象 20022002年年1010月月2020日日, ,投产投产不久的不久的1 1号机组在正常运行号机组在正常运行中中, ,出现出现 了水轮机桨叶可关闭但不能打开的故障。具体情况如下了水轮机桨叶可关闭但不能打开的故障。具体情况如下: : 故障发生前故障发生前, ,1 1号机组在系统中并列运行号机组在系统中并列运行, ,水轮机导叶开度水轮机导叶开度 和转轮桨叶开度分别为和转轮桨叶开度分别为75%75%、80%80%。当班人员奉调度令。当班人员奉调度令, ,对对1 1号号 机组执行负荷调整操作时机组执行负荷调整

4、操作时, ,无论是自动还是手动操作调速器无论是自动还是手动操作调速器 开启桨叶开启桨叶, ,桨叶不但不能开启桨叶不但不能开启, ,反而关闭。在桨叶全关闭后反而关闭。在桨叶全关闭后 ( (桨叶转角桨叶转角=0=0) ) 再也不能打开。在执行桨叶关闭操作时再也不能打开。在执行桨叶关闭操作时, , 桨叶的关闭动作正常桨叶的关闭动作正常, ,且随动性很好。单独操作导水叶的启且随动性很好。单独操作导水叶的启 闭时闭时, ,却未发现任何异常情况却未发现任何异常情况, ,且导叶随动于调速器的情况良且导叶随动于调速器的情况良 好。好。 72021/2/12 2.蓬辣滩水电站水轮机桨叶不能打开故障现象 2 2）

5、故障排查）故障排查 首先对调速器进行解体检查首先对调速器进行解体检查( (主要针对桨叶主配压阀及其主要针对桨叶主配压阀及其 步进式电液转换器步进式电液转换器) ) , ,未未发现异常发现异常情况情况, ,故障现象故障现象依然存在依然存在, , 因此可排除调速器故障的可能。在对桨叶因此可排除调速器故障的可能。在对桨叶(= 0(= 0) )单独进单独进 行开启试验时行开启试验时, ,桨叶虽然不能打开桨叶虽然不能打开, ,但主配压阀有明显的油流但主配压阀有明显的油流 声音声音, ,且受油器开、关两侧油压指示仪表示值正常。随后在且受油器开、关两侧油压指示仪表示值正常。随后在 转轮室用转轮室用5t5t手

6、拉葫芦把桨叶朝开启方向拉拽至手拉葫芦把桨叶朝开启方向拉拽至15%15%的开度后的开度后 再进行桨叶开启试验。此时桨叶开启操作又恢复正常。再进行桨叶开启试验。此时桨叶开启操作又恢复正常。 82021/2/12 2.蓬辣滩水电站水轮机桨叶不能打开故障现象 2 2）故障排查）故障排查 当时由于这一故障已当时由于这一故障已消失消失, ,没有没有进行全面分析便继续开进行全面分析便继续开 机运行。至机运行。至20032003年年1 1月初月初, ,这这一故障又重复发生了多台次一故障又重复发生了多台次, , 其中其中1 1号机组发生了号机组发生了3 3次次, ,2 2号机组发生了号机组发生了1 1次次( (

7、此时此时3 3号、号、4 4号号 机组尚未投运机组尚未投运) ), ,说明上述处理方法没有根本解决问题。在说明上述处理方法没有根本解决问题。在 每次故障发生后按上述方法处理每次故障发生后按上述方法处理, ,所需工时较长所需工时较长, ,弃水损失弃水损失 大大, ,给电站造成重大经济损失给电站造成重大经济损失, ,特别是该故障越来越频繁特别是该故障越来越频繁, , 严重影响到水电站的正常生产严重影响到水电站的正常生产, ,必须尽快查明真正原因并必须尽快查明真正原因并 消除缺陷。消除缺陷。 92021/2/12 故障分析故障分析 1 1） 相关设备的结构及其工作原理相关设备的结构及其工作原理 蓬蓬

8、辣滩水电站水轮机为灯泡贯流转桨辣滩水电站水轮机为灯泡贯流转桨式式, , 转轮直径转轮直径4.4 4.4 m m , ,主要主要由转轮体、转轮接力器、操作架、滑键、斜连杆机由转轮体、转轮接力器、操作架、滑键、斜连杆机 构、桨叶（构、桨叶（4 4个）及其枢轴密封、泄水锥等组成。转轮接力个）及其枢轴密封、泄水锥等组成。转轮接力 器活塞直径器活塞直径920mm920mm。在接力器活塞杆内部有油分配管。在接力器活塞杆内部有油分配管, ,在高压在高压 油的交替作用下油的交替作用下, ,活塞可作前后相对移动活塞可作前后相对移动, ,最大行程（从全关最大行程（从全关 到全开）到全开）208.3mm208.3m

9、m。活塞的移动。活塞的移动, ,使操作架、斜连杆作平面运使操作架、斜连杆作平面运 动动, ,从而带动桨叶转动。桨叶转角从而带动桨叶转动。桨叶转角=0=03535。桨叶正常。桨叶正常 工作油压工作油压3.92MPa3.92MPa, ,设计动作油压设计动作油压0.5MPa0.5MPa。 102021/2/12 故障分析故障分析 2 2） 故障分析故障分析 根据根据计算计算, ,在在工作油压工作油压P=3.92MPaP=3.92MPa时时, ,作用作用于接力器活塞某于接力器活塞某 一腔的压力为一腔的压力为2322.6kN2322.6kN, ,如此巨大的作用力都未能打开桨叶如此巨大的作用力都未能打开桨

10、叶, , 而仅用一个而仅用一个5t5t葫芦却能把桨叶打开葫芦却能把桨叶打开, ,仅凭这一点仅凭这一点, ,就可排除转就可排除转 轮操作机构摩擦力过大、接力器活塞拉缸、桨叶卡死等可能。轮操作机构摩擦力过大、接力器活塞拉缸、桨叶卡死等可能。 在排除这些因素之后在排除这些因素之后, ,故障的焦点是故障的焦点是: :在操作调速器打开桨叶在操作调速器打开桨叶 时时, ,压力油虽然经主配压阀进入了受油器压力油虽然经主配压阀进入了受油器, ,但有没有进入接力但有没有进入接力 器活塞开启腔。器活塞开启腔。 112021/2/12 故障分析故障分析 当当压力油从配油管经浮动瓦、受油轴、转换套压力油从配油管经浮动

11、瓦、受油轴、转换套后后, ,进入进入 过渡操作油管中间过渡操作油管中间腔腔, ,再再从操作油管中间腔进入转轮活塞的从操作油管中间腔进入转轮活塞的 开启腔。此间有许多法兰密封面。如果说在这些密封面中开启腔。此间有许多法兰密封面。如果说在这些密封面中, , 因密封圈损坏造成开、关腔窜油因密封圈损坏造成开、关腔窜油, ,那么必有两种结果那么必有两种结果: :其一是其一是 如果窜油严重的话如果窜油严重的话, ,无论进行开、关操作都会失效无论进行开、关操作都会失效; ;其二是故其二是故 障必然永久存在障必然永久存在, ,不因桨叶的转角变化而出现和消失。不因桨叶的转角变化而出现和消失。 122021/2/

12、12 故障分析故障分析 在在受油器转换套的一端装有一个受油器转换套的一端装有一个轴套轴套, ,该该轴套的材料为轴套的材料为 ZcuSn5Pb5Zn5,ZcuSn5Pb5Zn5,其其作用是限制过渡操作油管的回转中心作用是限制过渡操作油管的回转中心, ,并阻并阻 断操作油管开、关腔的通道。假设轴套与过渡操作油管的配断操作油管开、关腔的通道。假设轴套与过渡操作油管的配 合间隙过大合间隙过大, ,必然使窜油增大必然使窜油增大, ,其结果仍如前所述。但是其结果仍如前所述。但是, ,若若 该轴套在开机前已脱离转换套该轴套在开机前已脱离转换套, ,此时进行开机操作此时进行开机操作, ,来自主配来自主配 压阀

13、的压力油本应全部进入操作油管中腔压阀的压力油本应全部进入操作油管中腔, ,却因轴套脱落却因轴套脱落, ,使使 操作油管中、外两腔短路操作油管中、外两腔短路, ,压力油经短路进入操作油管外腔压力油经短路进入操作油管外腔 再返回调速器回油腔。在此情况下再返回调速器回油腔。在此情况下, ,桨叶肯定不能打开桨叶肯定不能打开, ,其故其故 障原因就此便可认定。障原因就此便可认定。 132021/2/12 故障分析故障分析 查阅厂家有关设计查阅厂家有关设计图纸图纸, ,发现发现该轴套与转换套的设计公差该轴套与转换套的设计公差 与配合为与配合为145H7/k6 145H7/k6 ( (过渡配合过渡配合) )

14、 , ,其其配合间隙为配合间隙为0.0280.028 0.037 mm 0.037 mm , ,采用冷套工艺安装采用冷套工艺安装, ,无定位螺钉。轴套内径无定位螺钉。轴套内径135mm135mm, , 外径外径145mm145mm, ,长长72mm72mm。经计算。经计算, ,在额定油压下进行开机操作时在额定油压下进行开机操作时, , 轴套所受正轴向压力轴套所受正轴向压力( (假设主轴的顺水流方向为正向假设主轴的顺水流方向为正向, ,逆水流逆水流 方向为反向方向为反向) ) 为为F Fk k =8.01kN =8.01kN。在这一轴向力作用下。在这一轴向力作用下, ,轴套有可轴套有可 能脱离转

15、换套并落在过渡操作油管上面能脱离转换套并落在过渡操作油管上面, ,造成桨叶接力器开、造成桨叶接力器开、 关腔短路。这时如果进行桨叶开启操作关腔短路。这时如果进行桨叶开启操作, ,压力油除进入接力压力油除进入接力 器开启腔外器开启腔外, ,还通过短路点进入桨叶关闭腔。接力器开关两还通过短路点进入桨叶关闭腔。接力器开关两 腔等压腔等压, ,桨叶必定无法开启。桨叶必定无法开启。 142021/2/12 2故障处理 根据根据分析分析情况情况, ,拆拆出出1 1号机组受油号机组受油器器, ,对对其转换套进行检查其转换套进行检查, , 发现该轴套果然已脱离了转换套。于是重新安装转换套发现该轴套果然已脱离了

16、转换套。于是重新安装转换套, ,并并 在轴套与转换套的配合面上增加在轴套与转换套的配合面上增加4 4个个M8M8轴向骑缝定位螺钉。轴向骑缝定位螺钉。 同时同时, ,对对2 2号机组及安装中的号机组及安装中的3 3号、号、4 4号机组也采用同样的方法号机组也采用同样的方法 进行了处理进行了处理, ,从根本上消除了转轮桨叶不能打开的故障从根本上消除了转轮桨叶不能打开的故障, ,取得取得 了良好的经济效益。了良好的经济效益。 152021/2/12 9.2.2 水府庙水电站4号机7号导叶损坏故障分析处理 1.水府庙水电站4号机7号导叶损坏 事故损毁事故损毁 损失情况损失情况 （1）7号号 导叶双连导

17、叶双连 臂弯曲臂弯曲, , 并折断一并折断一 边。边。 （2）损）损 失有功电失有功电 量约量约28万万 kWh。 2）事故）事故 现象现象 1961年年8 月月3日日, ,4 号机小修号机小修 后开机后开机, , 当导叶在当导叶在 30%的开的开 度时度时, ,调调 速器工作速器工作 不稳定不稳定, , 振动很厉振动很厉 害害, ,为了为了 防止设备防止设备 损坏损坏, ,决决 定停机后定停机后 调整试验。调整试验。 162021/2/12 9.2.2 水府庙水电站4号机7号导叶损坏故障分析处理 2事故原因分析 （1）安装时配合太紧）安装时配合太紧,摩擦大摩擦大,但但4号机号机 运行一年来运

18、行一年来,导叶开度自导叶开度自0100,操作操作 自如自如,既使发生有折断剪断销的可能既使发生有折断剪断销的可能,也也 不应使双连臂弯曲不应使双连臂弯曲,折断。折断。 （2）导叶开度在）导叶开度在30引起剪断销折断引起剪断销折断, 处理过程中导叶又开到处理过程中导叶又开到80,此说明并非此说明并非 导叶安装时卡死。导叶安装时卡死。 （3）检修后）检修后4号机开机运行号机开机运行2h,其他导叶其他导叶 达达84开度时开度时,7号导叶关闭至超过正常号导叶关闭至超过正常 全关位置全关位置25左右。左右。 172021/2/12 9.2.2 水府庙水电站4号机7号导叶损坏故障分析处理 2事故原因分析

19、这说明导叶本身是活动的这说明导叶本身是活动的,所以判断是所以判断是7号导叶外物卡死号导叶外物卡死,引起剪断销折引起剪断销折 断断,其理由有其理由有: 坝前拦污栅间隙是坝前拦污栅间隙是88mm600mm（宽（宽长）长）,外物很可能进入。外物很可能进入。 快速闸门的门框可进入粗快速闸门的门框可进入粗300mm2m（直径（直径长）的外物。长）的外物。 4号机出现事故时号机出现事故时,导叶开度在导叶开度在30,当停机检查当停机检查7号导叶卡死在号导叶卡死在80开开 度的位置上度的位置上,疑似疑似7、8号导叶间有外物号导叶间有外物,当当8号导叶关闭时号导叶关闭时,将将7号导叶顶号导叶顶 开。检修人员用木

20、头将开。检修人员用木头将7号导叶向关的方向撬不动号导叶向关的方向撬不动,向开的方向能转动向开的方向能转动, 致此说明有外物卡在致此说明有外物卡在7、8号导叶间。号导叶间。 在导叶处于无控制的自由状态下在导叶处于无控制的自由状态下,4号机组试运行号机组试运行,当导叶开度在当导叶开度在84 时时,由于水力作用由于水力作用,将外物冲掉将外物冲掉,7号导水叶在自由状态号导水叶在自由状态,其他导水叶开得其他导水叶开得 大大,7号导水叶受力号导水叶受力,使之从不能关使之从不能关,至冲得关过了头。因水轮机进水不平至冲得关过了头。因水轮机进水不平 衡而产生了震动衡而产生了震动,停机后停机后7号导叶被关在外面了

21、。号导叶被关在外面了。 182021/2/12 9.2.2 水府庙水电站4号机7号导叶损坏故障分析处理 3事故处理过程 操作后毫无效果操作后毫无效果, ,又关闭了又关闭了4 号机的快速闸门。即拆掉号机的快速闸门。即拆掉7 号导叶的双连臂和剪断销号导叶的双连臂和剪断销, , 此时发现双连臂断了一边。此时发现双连臂断了一边。 由于没有尾水闸门由于没有尾水闸门, ,蜗壳水蜗壳水 抽不干抽不干, ,不能检查导叶。最不能检查导叶。最 后决定让后决定让4号机的号机的7号导叶成号导叶成 自由状态自由状态, ,调速器切调速器切“手动手动” 开机开机, ,4号机组号机组“手动手动”开机开机 并网试运行。并网试运

22、行。 4号机并网试运行号机并网试运行2h后后, ,机组机组 有功负荷由有功负荷由5200kW上升到上升到 将其它导叶全开时将其它导叶全开时, ,用千斤用千斤 顶向开启侧顶顶向开启侧顶7号导叶可以号导叶可以 转动转动, ,可回到正常关闭位置可回到正常关闭位置, , 装上双连臂及剪断销后装上双连臂及剪断销后, ,对对 调速器进行了调整并模拟操调速器进行了调整并模拟操 作后作后, ,合发电机出口断路器合发电机出口断路器 并入电网运行。并入电网运行。 192021/2/12 9.2.3 金沙峡水电站2#水轮发电机组振动故障分析处理 1 1）基本情况）基本情况 金沙峡水电站工程地处青海省大通河甘青交界金

23、沙峡水电站工程地处青海省大通河甘青交界段段, ,为为 低坝径流引水式低坝径流引水式水电站水电站, ,海拔高度海拔高度2200m2200m。该水电站设计。该水电站设计 水头水头72.5m 72.5m , ,设计设计引用流量引用流量116m116m3 3/s/s。电站总装机容量为。电站总装机容量为 3 320MW + 10MW 20MW + 10MW , ,机型为立轴混流式机型为立轴混流式, ,2 2# #发电机（大机）发电机（大机） 型号为型号为SF20-20/4250 SF20-20/4250 , ,额定转速为额定转速为300rpm 300rpm , ,转子总重量转子总重量 为为78T 78T

24、 , ,直径为直径为3618mm3618mm, ,磁轭、制动环及风扇支架均为磁轭、制动环及风扇支架均为 组焊结构。组焊结构。 202021/2/12 9.2.3 金沙峡水电站2#水轮发电机组振动故障分析处理 在机组并网运行了二十多在机组并网运行了二十多天后天后, ,现场现场安装人员在巡检安装人员在巡检 时发现机组振动值比试运行时明显时发现机组振动值比试运行时明显增大增大, ,通过通过测量测量, ,发电发电 机上机架的振幅达机上机架的振幅达1.04mm1.04mm, ,并随着转速的升高而增大并随着转速的升高而增大, ,遂遂 决定停机检查决定停机检查, ,发现发电机上盖板与上机架之间的联接螺发现发

25、电机上盖板与上机架之间的联接螺 栓均有松动和剪断的情况发生栓均有松动和剪断的情况发生, ,分别对发电机上、下导轴分别对发电机上、下导轴 承进行解体检查承进行解体检查, ,下导轴承未发现异常情况下导轴承未发现异常情况, ,但上导轴承但上导轴承 的导瓦支架与上机架之间的定位销及紧固螺栓部分松动的导瓦支架与上机架之间的定位销及紧固螺栓部分松动, , 并且有两支螺栓剪断。并且有两支螺栓剪断。 212021/2/12 9.2.3 金沙峡水电站2#水轮发电机组振动故障分析处理 1. 故障故障 分析分析 水轮机蜗壳及水轮机蜗壳及 固定导叶内有异固定导叶内有异 物，导致水力不物，导致水力不 平衡产生振动平衡产

26、生振动; 机组轴线摆度机组轴线摆度 偏差超标，引起偏差超标，引起 机组振动机组振动; 机组磁场不平机组磁场不平 衡，引起机组振衡，引起机组振 动动; 机组转动部分机组转动部分 质量不平衡引起质量不平衡引起 机组振动。机组振动。 1. 1. 故障故障分析分析 222021/2/12 9.2.3 金沙峡水电站2#水轮发电机组振动故障分析处理 通过分通过分 析析, ,认为认为 第四种第四种 原因符原因符 合实际合实际 情况情况, ,并并 对前三对前三 种原因种原因 不符合不符合 的情况的情况 做了详做了详 细的分细的分 析析: （1）流道内水力不平衡产生的振动首先表现为水导轴承的振动，）流道内水力不

27、平衡产生的振动首先表现为水导轴承的振动， 通过对水导部位振动的测量，水导的振动值满足安装规范要求，通过对水导部位振动的测量，水导的振动值满足安装规范要求， 水导轴承至下导轴承轴长为水导轴承至下导轴承轴长为3米，具有一定的弹性，不可能将较米，具有一定的弹性，不可能将较 大的力传递到上导轴承及发电机盖板上，而且下导轴承在解体大的力传递到上导轴承及发电机盖板上，而且下导轴承在解体 检查时未发现异常情况，确认不是水力不平衡的问题。检查时未发现异常情况，确认不是水力不平衡的问题。 （2）机组轴线摆度偏差超标，但其震动的幅值最大不可能超过）机组轴线摆度偏差超标，但其震动的幅值最大不可能超过 导瓦间隙，设计

28、导瓦间隙为导瓦间隙，设计导瓦间隙为0.10.15mm，摆度超标引起的质，摆度超标引起的质 量偏差不会很大，不至于引起发电机上机架的大幅振动。而且量偏差不会很大，不至于引起发电机上机架的大幅振动。而且 轴系摆度大时首先表现在导瓦温度升高，但机组运行过程中导轴系摆度大时首先表现在导瓦温度升高，但机组运行过程中导 瓦温度一直正常，可以断定不是轴线问题。瓦温度一直正常，可以断定不是轴线问题。 （3）电磁场不平衡造成的振动，应该表现在空载运行和负载运）电磁场不平衡造成的振动，应该表现在空载运行和负载运 行时产生的振动不同，且负载运行时振动会增大很多。而该机组行时产生的振动不同，且负载运行时振动会增大很多

29、。而该机组 在试运行及商业运行的过程中，均表现为空载运行及负载运行时在试运行及商业运行的过程中，均表现为空载运行及负载运行时 的振动变化不大，因此可以排除磁场不平衡原因。的振动变化不大，因此可以排除磁场不平衡原因。 1. 1. 故障故障分析二分析二 232021/2/12 9.2.3 金沙峡水电站2#水轮发电机组振动故障分析处理 首先首先将机组转速升至将机组转速升至100 %100 %额定转速额定转速, ,将将仪器的振动和仪器的振动和 转速传感器架设在规定的部位（上机架的上、下边各架转速传感器架设在规定的部位（上机架的上、下边各架 一支一支振动传感器振动传感器, ,发电机发电机轴头部位架设一个

30、光电转速测轴头部位架设一个光电转速测 头头）, ,开启仪器电源测量并自动记录开启仪器电源测量并自动记录, ,然后停机然后停机, ,在转子上在转子上 加配一定质量的基准配重块（本次选配加配一定质量的基准配重块（本次选配35kg35kg配重块配重块）, ,并并 以此配重块为起始点以此配重块为起始点, ,逆时针方向对风扇叶片编号（本机逆时针方向对风扇叶片编号（本机 组叶片为组叶片为4040片片, ,两风扇叶夹角为两风扇叶夹角为9 9）, ,然后重新启动机组然后重新启动机组, , 将转速升至将转速升至100%100%额定转速（额定转速（300rpm300rpm）。 2. 2. 故障处理故障处理 242

31、021/2/12 9.2.3 金沙峡水电站2#水轮发电机组振动故障分析处理 根据仪器显示根据仪器显示结果结果, ,考虑考虑到所测得的质量不平衡到所测得的质量不平衡较大较大, , 对对仪器输入取掉基准配重命令后仪器输入取掉基准配重命令后, ,仪器的计算结果为仪器的计算结果为 120120方向配重方向配重65kg65kg, ,根据计算结果配重根据计算结果配重, ,机组振动未消除机组振动未消除, , 如此改变基准配重位置反复多次如此改变基准配重位置反复多次, ,根据仪器计算结果配重根据仪器计算结果配重, , 均未能消除机组振动。此时专家组大部分成员开始考虑均未能消除机组振动。此时专家组大部分成员开始

32、考虑 振动的原因可能没有找准振动的原因可能没有找准, ,要求进行流道检查及轴线检查。要求进行流道检查及轴线检查。 2. 2. 故障处理故障处理 252021/2/12 9.2.3 金沙峡水电站2#水轮发电机组振动故障分析处理 进行流道检查工作量非常进行流道检查工作量非常大大, ,首先首先要进行尾水封水及要进行尾水封水及 蜗壳蜗壳排水排水, ,考虑考虑到尾水出口可能有杂物到尾水出口可能有杂物, ,闸门密封不严闸门密封不严, ,排排 水难度大水难度大, ,流道检查有困难。进行轴线检查同样要进行流流道检查有困难。进行轴线检查同样要进行流 道排水道排水, ,上、下、水导轴承排油及解体上、下、水导轴承排

33、油及解体, ,工作量非常大工作量非常大, ,耗耗 工耗时工耗时, ,影响发电影响发电。 在各方意见分歧较大的情况下在各方意见分歧较大的情况下, ,其中一位技术人员一其中一位技术人员一 直坚持认为机组振动与流道存在杂物与否及轴线摆度偏直坚持认为机组振动与流道存在杂物与否及轴线摆度偏 差无关差无关, ,有以上的原因分析为证有以上的原因分析为证, ,同时磁轭、制动环及风同时磁轭、制动环及风 扇支架均为组焊件扇支架均为组焊件, ,存在质量不平衡的可能性大存在质量不平衡的可能性大, ,并且机并且机 组在升速过程中组在升速过程中, ,随着转速升高振动在加剧随着转速升高振动在加剧, ,直接证明转直接证明转

34、动部分质量不平衡是引起机组振动的原因。动部分质量不平衡是引起机组振动的原因。 2. 2. 故障处理故障处理 262021/2/12 9.2.3 金沙峡水电站2#水轮发电机组振动故障分析处理 根据该电站根据该电站4#4#小机的动平衡试验小机的动平衡试验情况情况, ,仪器仪器在问是否在问是否 取掉基础配重时（由于当时基准配重较小为取掉基础配重时（由于当时基准配重较小为17kg17kg）输入）输入 了否了否命令命令, ,结果结果一次配重成功一次配重成功, ,可能可能2#2#机组质量偏差较大机组质量偏差较大, , 会直接影响仪器测试的准确性。基于这种认识会直接影响仪器测试的准确性。基于这种认识, ,测

35、试小组测试小组 用上述方法再做最后一次测试用上述方法再做最后一次测试, ,结果一次性配重成功结果一次性配重成功, ,机机 组振动值满足标准要求组振动值满足标准要求, ,运行正常。运行正常。 2. 2. 故障处理故障处理 272021/2/12 93 水轮机出力不足典型故障分析 1 1福建永安上坂水电站出力不足故障情况福建永安上坂水电站出力不足故障情况 1 1）上坂水电站基本情况）上坂水电站基本情况 上上坂水电站位于福建永安县小陶镇上坂村上游坂水电站位于福建永安县小陶镇上坂村上游1.5 km1.5 km 处处, ,距离距离永安城关永安城关51 51 km,km,是是沙溪支流文川溪梯级电站中装沙溪

36、支流文川溪梯级电站中装 机容量最大机容量最大, ,具有调节库容的龙头电站。具有调节库容的龙头电站。 9.3.1 上坂水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 282021/2/12 9.3.1上坂水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 电站电站装机容量装机容量2 25000kW,5000kW,电站电站大坝为砌石双曲拱大坝为砌石双曲拱坝坝, , 坝坝高高5151米米, ,坝顶弧长坝顶弧长142142米米, ,水库正常蓄水位水库正常蓄水位305.0305.0米米, ,死水死水 位位280.0280.0米米, ,设计洪水位设计洪水位305.43305.43米米, ,校核洪水位校核洪水位305.8530

37、5.85米米, , 堰顶高程堰顶高程300.8300.8米米, ,调洪库容调洪库容229229万立方米。电站引水系统万立方米。电站引水系统 布设在右岸布设在右岸, ,为遂洞有压引水为遂洞有压引水, ,主洞总长为主洞总长为240.33240.33米米, ,直径直径 3.73.7米米; ;支支洞长洞长44.5244.52米米, ,直径直径2 2米。米。 292021/2/12 9.3.1上坂水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 引水遂洞出口装设两台蝴蝶阀。电站采用立式引水遂洞出口装设两台蝴蝶阀。电站采用立式水轮发水轮发 电机组电机组, ,水轮机水轮机型号型号HL-250-LJ-140,HL-25

38、0-LJ-140,设计设计水头水头39.139.1米米, ,最最 小水头小水头2525米米, ,设计流量设计流量14.78m14.78m3 3/s;/s;发电机发电机型号型号SF5000-SF5000- 16/325016/3250, ,额定电压额定电压6300V6300V, ,额定电流额定电流573A573A, ,额定转速额定转速375rpm375rpm, , 励磁方式可控硅微机励磁励磁方式可控硅微机励磁, ,电站出口电压电站出口电压110kV110kV。19941994年年7 7 月月2525日日1 1号机组投产发电号机组投产发电, ,同年同年9 9月月2525日二号机组投产发电。日二号机

39、组投产发电。 302021/2/12 9.3.1上坂水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 针对针对上坂水电站水轮机出力不足上坂水电站水轮机出力不足现象现象, ,可以可以初步判断初步判断 引起上述现象的原因有二个引起上述现象的原因有二个方面方面: :一一是水轮机转轮的过流是水轮机转轮的过流 表面刚度、强度表面刚度、强度不足不足, ,造成造成转轮抗空蚀和抗磨能力不足转轮抗空蚀和抗磨能力不足, , 使得水轮机在运行时转轮叶片的表面出现空蚀磨损现象使得水轮机在运行时转轮叶片的表面出现空蚀磨损现象, , 造成水轮机转轮效率造成水轮机转轮效率下降下降; ;二二是引水道之中存在堵塞物是引水道之中存在堵塞物

40、, , 如树木、淤泥等如树木、淤泥等, ,减小了流道的过水断面减小了流道的过水断面, ,使得流量不足。使得流量不足。 上述两种原因是造成水轮机出力不足的主要因素。上述两种原因是造成水轮机出力不足的主要因素。 2原因分析 312021/2/12 9.3.1上坂水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 1 1）针对引水道之中存在堵塞物的问题）针对引水道之中存在堵塞物的问题 由于由于上坂水库电站位于河道的上坂水库电站位于河道的中间中间, ,河道河道两边树木两边树木繁繁 茂茂, ,不可避免不可避免的有许多树枝和树叶落到水库之中的有许多树枝和树叶落到水库之中, ,而这些而这些 树枝和树叶会顺着水流流道进入

41、引水道入口处树枝和树叶会顺着水流流道进入引水道入口处, ,在入口处在入口处 拦污栅前形成堵塞现象拦污栅前形成堵塞现象, ,这样在入口处拦污栅前形成水头这样在入口处拦污栅前形成水头 落差落差, ,无形之间降低了水轮机的工作水头无形之间降低了水轮机的工作水头, ,同时也有一些同时也有一些 石头、淤泥之类的会在水流流道中淤积石头、淤泥之类的会在水流流道中淤积, ,也会造成流道过也会造成流道过 水面积的减少水面积的减少, ,所以需要对拦污栅前以及水流流道中的淤所以需要对拦污栅前以及水流流道中的淤 泥物进行清理泥物进行清理, ,以保证水流流动顺畅。以保证水流流动顺畅。 3存在问题的解决办法 322021

42、/2/12 9.3.1上坂水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 2 2）针对转轮的过流表面刚度、强度不足的问题）针对转轮的过流表面刚度、强度不足的问题 转轮转轮的过流表面刚度、强度的过流表面刚度、强度不足不足, ,是是造成抗空蚀和抗造成抗空蚀和抗 磨能力不足的主要原因。针对这一磨能力不足的主要原因。针对这一现象现象, ,可以可以从几个方面从几个方面 进行进行改造改造: :一一是在转轮的过流表面以及其它过流部件表面是在转轮的过流表面以及其它过流部件表面 易空蚀磨损的部位铺焊不锈钢易空蚀磨损的部位铺焊不锈钢, ,以提高抗空蚀磨损的以提高抗空蚀磨损的效果效果; ; 二二是在转轮的制造过程中是在转轮

43、的制造过程中, ,需要采用刚度和强度较高的钢需要采用刚度和强度较高的钢 材材, ,根据实际需要采用对应的措施根据实际需要采用对应的措施, ,在一些重要的部位需在一些重要的部位需 要使用较好的钢材要使用较好的钢材, ,其它部位可以采用一般的钢材。其它部位可以采用一般的钢材。 3存在问题的解决办法 332021/2/12 9.3.1上坂水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 如果采用第一种如果采用第一种方案方案, ,我们我们可以寻求能够生产可以寻求能够生产HL250HL250型型 转轮的相关厂家进行转轮的相关厂家进行生产生产, ,主要主要要求生产厂家在满足转轮要求生产厂家在满足转轮 的强度、刚度的

44、基础上的强度、刚度的基础上, ,重新生产一个重新生产一个HL250HL250型转轮型转轮, ,这样这样 可以保证有关过流部件的结构尺寸（主要是导叶方面）可以保证有关过流部件的结构尺寸（主要是导叶方面） 不用改变不用改变, ,有利于减少机组的投资有利于减少机组的投资成本成本; ;但是但是据了解据了解, ,目前目前 国内还没有国内还没有HL250HL250型转轮型号。型转轮型号。 3存在问题的解决办法 342021/2/12 9.3.1上坂水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 如果采用第二种如果采用第二种方案方案, ,根据根据该水电站的该水电站的实际情况实际情况, ,我们我们 选择了二种型号的转

45、轮与选择了二种型号的转轮与HL250HL250型转轮进行比较型转轮进行比较, ,有关不有关不 同转轮型号的参数计算结果同转轮型号的参数计算结果见表见表9-39-3。 根据表根据表9-49-4的数据和计算结果可以看出的数据和计算结果可以看出, ,HLF13HLF13的各种的各种 参数与参数与HL250HL250的参数相差较大的参数相差较大, ,尤其是导叶相对高度较尤其是导叶相对高度较 HL250HL250的相差的相差较大较大;HLA551C;HLA551C的种种参数与的种种参数与HL250HL250的参数比的参数比 较接近较接近, ,导叶相对高度只是相差导叶相对高度只是相差0.010.01, ,

46、因此初步决定采用因此初步决定采用 HLA551CHLA551C转轮。转轮。 根据选用的根据选用的HLA551CHLA551C转轮转轮, ,表表9-59-5中中HL250HL250转轮的出力按转轮的出力按 照机组的实际出力参数为准照机组的实际出力参数为准, ,年利用小时数以多年平均年年利用小时数以多年平均年 利用小时数为利用小时数为2560h2560h为准。为准。 3存在问题的解决办法 352021/2/12 表表9-43种型号的转轮各种参数的种型号的转轮各种参数的比较比较 362021/2/12 9.3.1上坂水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 4 4）更换转轮的费用和经济效益比较）更换转

47、轮的费用和经济效益比较 根据根据水电站的更换水电站的更换HLA551CHLA551C的改造的改造方案方案, ,制造制造厂家提出厂家提出 了了3 3种种方案方案, ,一一是整个转轮（上冠、叶片和下环）为不锈是整个转轮（上冠、叶片和下环）为不锈 钢钢材料材料; ;二二是上冠为碳钢材料是上冠为碳钢材料, ,叶片和下环为不锈钢叶片和下环为不锈钢材料材料; ; 三三是整个转轮（上冠、叶片和下环）为碳钢材料是整个转轮（上冠、叶片和下环）为碳钢材料, ,而整个而整个 转轮材料为不锈钢材料转轮材料为不锈钢材料, ,其运行寿命是碳钢材料的其运行寿命是碳钢材料的3 35 5倍。倍。 有关各种方案的转轮以及相关配套

48、的技术改造有关各种方案的转轮以及相关配套的技术改造项目价格项目价格 见表见表9-69-6。 3存在问题的解决办法 372021/2/12 从表从表9-59-5可可看出看出, ,加上加上引水流道口清理引水流道口清理费用费用, ,方案方案一的总费用为一的总费用为5454 万元万元, ,方案二的总费用为方案二的总费用为5050万元万元, ,方案三的总费用为方案三的总费用为4242万元。万元。 表表9-6 9-6 HLA551C-LJ-140HLA551C-LJ-140转轮更换费用（万元）转轮更换费用（万元） 382021/2/12 从从表可看出表可看出, ,三三种水头下方案种水头下方案1 1、2 2

49、、3 3的收益与技术改造费用差分别的收益与技术改造费用差分别 是是 2.4662.46610107 7（ 2.472.4710107 7 、 2.4782.47810107 7 ）元元, , 0.966 0.96610107 7 （ 0.97 0.97 10107 7 、 、 0.9780.97810107 7 ）元）元和和0.060.0610107 7 （ （ （ 1.01.010107 7 、 、 1.81.810107 7 ）元）元, ,因此因此, ,这个技术改造完成后这个技术改造完成后, ,可在第二年就能够将技可在第二年就能够将技 术改造费用回收并有盈余。因此术改造费用回收并有盈余。因

50、此, ,电站应尽快更换水轮机转轮为电站应尽快更换水轮机转轮为 HLA551C-LJ-140HLA551C-LJ-140, ,同时对拐臂以及引水流道进行相应处理。同时对拐臂以及引水流道进行相应处理。 三种水头下方案三种水头下方案1 1、2 2、3 3收益与技术改造费用差的比较收益与技术改造费用差的比较 392021/2/12 9.3.2双溪口水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 1 1）双溪口水电站基本情况）双溪口水电站基本情况 双溪口水电站位于福建省仙游县榜头双溪口水电站位于福建省仙游县榜头镇镇, ,坝址坝址距仙游距仙游 城关城关23km,23km,电站电站装机容量装机容量2 25000kW

51、5000kW, ,水库正常蓄水位为水库正常蓄水位为 164.0m164.0m, ,水库常年运行死水位为水库常年运行死水位为140.0m140.0m, ,极限死水位极限死水位 136.0m136.0m, ,相应调节库容分别为相应调节库容分别为14231423万万m m3 3和和15291529万万m m3 3。 1福建双溪口水电站出力不足故障情况 402021/2/12 9.3.2双溪口水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 该水电厂在额定水头下该水电厂在额定水头下,两台机组的出力只能达到两台机组的出力只能达到 9000kW,在机组的运行过程中在机组的运行过程中,先后出现以下几种情况。先后出现以

52、下几种情况。 在发电机层在发电机层,当导叶开度大于当导叶开度大于67%时时,仪表盘指示机仪表盘指示机 组出力下降。组出力下降。 人员站在尾水平台处人员站在尾水平台处,可以明显感觉到尾水补气加可以明显感觉到尾水补气加 剧剧,并有撞击声并有撞击声,同时尾水管出口处的气泡量增加同时尾水管出口处的气泡量增加,尾水尾水 平台处震动感加大。平台处震动感加大。 在尾水进人门处在尾水进人门处,用手触摸进人门用手触摸进人门,震动的感觉明显震动的感觉明显, 但是只能听到过水声但是只能听到过水声,而没有听到撞击声。而没有听到撞击声。 2）故障情况 412021/2/12 9.3.2双溪口水电站水轮机出力不足原因分析

53、及解决办法 水电站年发电量水电站年发电量29902990万万kWh,kWh,保证出力保证出力1930kW1930kW。水轮。水轮 机采用机采用HLA384-LJ-106HLA384-LJ-106型型, ,额定出力额定出力5208kW5208kW, ,额定转速额定转速 600rpm600rpm, ,最大水头最大水头81m81m, ,加权平均水头加权平均水头66.1m66.1m, ,额定水头额定水头65m65m, , 最小水头最小水头50m50m, ,额定流量额定流量8.878m8.878m3 3/s/s, ,比转速比转速234.61mkW234.61mkW, ,吸吸 出高度出高度+0.642m;

54、+0.642m;水轮发电机采用水轮发电机采用SF5000-10/2600SF5000-10/2600型型, ,额定额定 功率功率5000kW5000kW, ,额定电压额定电压6.3kV6.3kV, ,额定电流额定电流572.8A572.8A, ,额定功率额定功率 因素因素0.80.8（滞后）（滞后）, ,采用静止可控硅励磁方式采用静止可控硅励磁方式, ,电站出口电电站出口电 压压110kV110kV。 1福建双溪口水电站出力不足故障情况 422021/2/12 9.3.2双溪口水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 常见造成水轮机常见造成水轮机出力不出力不足的主要原因有足的主要原因有: （1）

55、引）引 水系统存水系统存 在堵塞；在堵塞； （2）转）转 轮室内漏轮室内漏 水量过大；水量过大； （3）水）水 轮机导叶轮机导叶 开度不够；开度不够； （4）水）水 轮机经长轮机经长 期修补，期修补， 叶型表面叶型表面 变形，效变形，效 率低下；率低下； （5）水）水 轮机选型轮机选型 与安装存与安装存 在质量问在质量问 题；题； （6）水）水 轮机设计轮机设计 与制造存与制造存 在质量问在质量问 题。题。 432021/2/12 9.3.2双溪口水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 1 1）机组选型与安装的原因）机组选型与安装的原因 机组选型设计原因主要有水头、流量、效率和出力等机组选型设

56、计原因主要有水头、流量、效率和出力等 方面原因。方面原因。 （1 1）水头的因素。经计算）水头的因素。经计算, ,在额定水头和额定流量下在额定水头和额定流量下, , 从压力钢管进水口至从压力钢管进水口至1 1号机蜗壳进口断面的水力损失为号机蜗壳进口断面的水力损失为 6.8436.843, ,至至2 2号机蜗壳进口断面的水力损失为号机蜗壳进口断面的水力损失为6.9336.933。 水电站上游正常高水位为水电站上游正常高水位为164.0164.0, ,当二台机下泄流量为当二台机下泄流量为 17.75617.756时时, ,对应的下游水位为对应的下游水位为82.5582.55。 3.原因分析 442

57、021/2/12 9.3.2双溪口水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 1 1号机实际的工作水头为号机实际的工作水头为: :=164-82.55-6.843=74.66=164-82.55-6.843=74.66。 2 2号机实际的工作水头为号机实际的工作水头为: :=164-82.55-6.933=74.52=164-82.55-6.933=74.52。 1 1号机和号机和2 2号机的工作水头都高于水轮机所需的水头。因号机的工作水头都高于水轮机所需的水头。因 此从上述计算结果可以看出此从上述计算结果可以看出, ,水头不足的因素可以排除。水头不足的因素可以排除。 3.原因分析 452021/

58、2/12 9.3.2双溪口水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 （2 2）流量、效率和出力的因素。根据计算）流量、效率和出力的因素。根据计算, ,当当H=65H=65, , Q=1.012Q=1.0123 3/ /,=91.75%,=91.75%,=9.17=9.173 3/ /, , =5365kW5263kW,=5365kW5263kW,因此可以看出因此可以看出, ,流量、效率和出力的因素流量、效率和出力的因素 可以排除。可以排除。 （3 3）机组安装质量的原因分析。根据机组竣工后的安）机组安装质量的原因分析。根据机组竣工后的安 装各参数的记录情况来看装各参数的记录情况来看, ,机组的各

59、参数都符合规范要求机组的各参数都符合规范要求, , 因此机组的质量的因素可以排除。因此机组的质量的因素可以排除。 从以上结果可以看出从以上结果可以看出, ,机组选型设计以及安装方面是没机组选型设计以及安装方面是没 有问题的有问题的。 3.原因分析 462021/2/12 9.3.2双溪口水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 2 2）水轮机的设计与制造质量原因分析）水轮机的设计与制造质量原因分析 （1 1）转轮的剖面形状问题。如图）转轮的剖面形状问题。如图9-39-3所示。该转轮为厂所示。该转轮为厂 家生产制造的转轮剖面图。从图家生产制造的转轮剖面图。从图9-39-3中可以看出中可以看出, ,

60、该转轮的该转轮的 泄水锥的长度不足泄水锥的长度不足, ,这应该是厂家设计的原因。由于这种设这应该是厂家设计的原因。由于这种设 计计, ,使得泄水锥的长度不足使得泄水锥的长度不足, ,造成转轮出口处的水流直接发造成转轮出口处的水流直接发 生了生了撞击撞击; ;而而撞击的发生撞击的发生, ,会造成以下几种结果。会造成以下几种结果。 3.原因分析 图图9-3 9-3 厂家厂家 制造的转轮形制造的转轮形 状状 图图9-4 9-4 推荐推荐 使用的转轮形使用的转轮形 状状 472021/2/12 9.3.2双溪口水电站水轮机出力不足原因分析及解决办法 第一第一, ,当当导叶开度大于导叶开度大于67%67