【能源】水轮发電機组缺陷的处理与改造


  摘要:爲了徹底解決水輪發電機组在运行过程中出现的问题,魏家堡水电站针对水轮发電機存在的汽蚀严重、机组振动大、顶盖排水困难、上导油盆甩油严重及定子温升偏高等缺陷,通过应用新技术等措施,较好的解决了问题。

  魏家堡水电站位于陕西省眉县境内,是一座渠道引水式电站,装机容量为3×6300kW,发電機型号为SF6300-10/2600,设计水头96.2m,机组转速600r/min.电站自投产以来,一直存在着设备缺陷,设备带病运行,威胁着安全521av大香蕉,影响了效益的充发挥。通过采取综合技术措施加以治理,取得了显著效果。

  一、水輪機轉輪改造

  1存在的問題

  電站建成之初,經過2800h的運行,出現了負荷帶不上去、動平衡嚴重失衡、機組振動劇烈、不鏽鋼轉輪汽蝕嚴重,出現部位均在轉輪葉片進水邊上下面和轉輪室與底環接縫處,其中葉片進水邊上下面最大剝蝕面積30cm×14cm,汽蝕深度3-5mm,沿進水邊呈帶狀分布;轉輪室與底環接縫處的汽蝕均出現在+x方向,面積30cm×2cm,最深處達3cm.另外轉輪其他部位不同程度存在蜂窩狀坑,直徑4-8mm,轉輪直徑減小了11-20mm.

  汽蝕已成爲當代水電站運行中普遍而突出的技術難題。産生汽蝕的原因很多,情況各異。水量、水溫、含沙量、運行情況、材料等不同對汽蝕形成及破壞也不相同。依據該站的實際情況分析研究要解決汽蝕的問題,重點應放在優化參數及材料選擇上。

  2轉輪技術改造方案

  經過多次研究,確定以降低汽蝕系數爲出發點。根據電站的主要技術參數,設計制造了適合電站水力條件的新型轉輪。主要做了如下改造:

  2.1優化水輪機參數,從冀線上著手,改進出水角度,使過水流速由原來的33m/s降至27m/s,降低了相對流速,提高了反擊效率,減少了進口撞擊損失。

  2.2擴大減壓孔,直徑由原來的∮40擴大到的∮50,另外調整減壓孔角度使其出水口盡可能接近負壓區,使頂蓋下聚集的高壓泥沙水盡快排泄,一方面減少了泥沙對上面漏環的磨損,另外可減輕軸向推力。

  2.3采用長泄水錐,比原泄水錐增長了約40mm,長泄水錐的高壓脈動區域比短泄水錐小,且幅值也小,有效的減少了尾水管的脈動壓力,有效防止了汽蝕。

  2.4采用優質材料。此次采用了抗腐蝕性能良好的6Cr13Ni4Mo不鏽鋼整體轉輪,葉片采用不鏽鋼板熱壓成型,有效解決了轉輪由于材質較軟加速葉片剝蝕的主要問題。

  2.5實用新型材料塗敷防護。在導葉、轉輪、葉片等部位用瑞士蘇爾壽(sulzer)水電公司最新高速火焰(HVDF)噴塗技術進行表面碳化鎢钴(SXHTO)材料噴塗。在基材不發生任何形變地情況下,使表面硬度達到了1100-1300HV300,有機的提高了過水部件的表面抗蝕能力。

  3效果

  運行實踐證明,新轉輪汽蝕性能明顯好轉,機組振動減小,運行壽命增加了3-4倍,爲安全高效運行奠定了基礎。

  二、機組頂蓋排水改造

  電站水輪機頂蓋排水原設計爲自流排水,即頂蓋集水從水輪機頂蓋上環和座環自流排到集水井。但由于設計和制造方面的原因,一方面自流水口過小短期內已被泥沙堵死,無法疏通,另外排水口過高,油盆浸在水中,轉動油盆的高速轉動帶動積水轉動,水進油盆,無法正常運行。

  1頂蓋排水方案

  針對上述問題,幾年來曾作過種種嘗試,如真空泵抽水,自吸式射流泵排水等,但效果都不明顯;油盆多次被淹,嚴重制約著電站的正産生産。經與同類水電站比較,設想采用新的改造方案,即從頂蓋以上側牆上打孔,采用孔徑爲100mm的直排方式排入集水廊道,以求獲得理想效果。

  頂蓋排水高程的選擇,以稍低于主軸密封裝置的抗磨板上沿爲宜,這樣既能確保密封裝置正常運行,又能盡量加大集水的排泄,不至于引起水流的旋轉飛濺進入油盆。

  2頂蓋排水方案預設效果

  與該站情況相似的毫米電站機組頂蓋排水改造後的效果十分理想,再也沒有出現過水淹油盆的情況,各部運行正常,解決了水輪機排水難的問題,在借鑒經驗的同時,我們在推拉杆下部位置采取試驗的結果表明,該方案是可行的,能夠達到理想效果。

  三、上导油盆甩油及发電機运行温升偏高的消除

  1发電機上导油盆甩漏油严重,同时定子运行温升偏高

  从1998年电站建成运行以来,发電機上导油盆就存在甩漏问题,上机架周围时常是一片油污,为了安全运行只有定期频繁向上导油盆补油。

  2001年起,站发電機定子运行温升逐渐升高,2001年为45oC,2002年54oC,2003年为66oC,最高运行温度达到93oC(为1#机组),明显升高。

  2原因分析與判斷

  针对站发電機的设备缺陷,电站作了大量试验,并多次召开专题研讨会,但缺陷原因没有定论,最后决定先对1#机组进行扩大性检修,在检修中继续试验,查找定子温升偏高的直接原因。

  2.1发電機上导油盆甩漏油的原因分析。

  仔细检查,发现油盆完整无损,顶盖周围密封良好,底侧均无漏油,可以排除油盆及其他密封所致的漏油。进一步检查发现,发電機大轴与顶盖之间的密封毛毡中含有大量的透平油,初步怀疑漏油点为大轴与油盆盖板之处,但油位达不到该处,也就是说,此高度无油。经过大量的实验发现,机组在600R/min的正常运行下,油盆内的油沾着大轴呈螺旋形爬上,由大轴与油盆盖板之间的细小间隙甩出,呈雾状,遇外界冷空气凝结成为油珠。这才是真正的甩漏油的原因。

  2.2发電機定子温升偏高的原因分析。

  发電機转子吊出后,进行了定子铁芯损耗试验,测得铁芯单位损耗为1.80w/kg.该发電機铁芯材料为D41矽钢片,厚度为0.5mm,规范规定该铁芯冲压后铁损不大于2.08w/kg,故可排除铁损增加引起定子温升偏高。定子线圈直流电阻合格,绝缘电阻符合规范,证明温升偏高非线圈接触不良或存在短路所致,可排除铜损增大引起定子温升偏高。转子吊出后,发现定子铁芯和线圈上有大量油垢,定子通风口普遍堵塞,严重影响通风散热。综上分析,发電機铁损和铜损不会超标,定子温升偏高的原因很可能是定子脏污、通风不畅所致。

  3缺陷的綜合處理

  3.1发電機油垢的清洗。使用高压专用喷枪,用EC-30电气设备清洗剂喷洗5-6次,然后用白布条擦净。

  3.2定子噴漆。清洗並檢查後,對定子進行噴漆處理(1道底漆和2道面漆),底漆爲1504環氯脂絕緣漆,面漆爲1361灰色環氯脂絕緣漆。

  3.3上導油盆技術改造。針對甩漏油的實際情況,重新改造油盆蓋板,把原設計的單純型蓋板改型爲雙層,使兩層面間形成一個空腔(截面爲6mm×12mm),蓋板與大軸形成雙層密封,使該沿大軸爬上的油及油盆內的油氣串過第一道密封後進入預設的空腔中,遇冷成爲油珠收集在空腔之中,再加設射流泵收回集油槽。

  4處理效果

  检修后机组经3年时间运行,实践证明,机组缺陷的原因分析和处理是正确的,大修后发電機定子运行温度最高为71oC,发電機上导油盆甩漏油问题也彻底清除,取得了圆满成功。

  四、結論與探討

  经过初步的探索,针对性地开展了一些技术上的改造,有效地解决了该电站发電機组存在的汽蚀严重、机组振动大、排水困难、上导油盆甩油严重及定子温升偏高等一系列缺陷问题,取得较为显著的效果。同时总结认为:

  (1)國內運行的小型水電站,多數老式機組,效率偏低,汽蝕嚴重的問題普遍存在,徹底解決問題的最有效辦法就是更換選型合適的轉輪。新型轉輪效率已普遍提高,汽蝕性能也大爲好轉,加之不鏽鋼的使用,水輪機汽蝕性能非常優越。更換一個新轉輪的費用並不高,投資少,見效快,是老機組改造的優先選擇。

  (2)機組大修周期,規範規定,非泥沙水電站水輪機大修間隔4-6年,但依據實踐證明,在機組存在缺陷,可能威脅設備安全時,應縮短大修周期,通過大修徹底處理存在的問題,以確保安全運行。

  (3)維護良好運行生産環境,在電站生産中非常重要。油垢等的存在,會對正常的運行帶來障礙,甚至造成嚴重的後果,尤其是自然風冷機組,對定子、轉子等影響較大。電站應盡量避免各部位潤滑油的外漏,以確保安全高效運行。


来源: 建设工程教育网

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