水輪機(jī)及輔助設(shè)備項(xiàng)目九水輪機(jī)運(yùn)行故障PPT課件

1、項(xiàng)目九：分析處理水輪機(jī)運(yùn)行故障第1頁/共52頁1.分析處理水輪機(jī)機(jī)械故障教學(xué)情境的創(chuàng)建表9-1 分析處理水輪機(jī)機(jī)械故障教學(xué)情境的創(chuàng)建第2頁/共52頁1.分析處理水輪機(jī)出力不足故障教學(xué)情景的創(chuàng)建表9-2 水輪機(jī)出力不足教學(xué)情境的創(chuàng)建第3頁/共52頁9.1.1 混流式水輪機(jī)常見故障原因及處理措施第4頁/共52頁9.2.1蓬辣灘水電站水輪機(jī)槳葉不能打開故障分析處理2.蓬辣灘水電站水輪機(jī)槳葉不能打開故障現(xiàn)象1）基本情況蓬辣灘水電站位于廣東省大埔縣境內(nèi)，電站安裝4臺(tái)燈泡貫流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量411MW。水輪機(jī)型號(hào)為GZ（K239323）-WP-440A，調(diào)速器為BWST-100步進(jìn)式可編程雙微

2、機(jī)調(diào)速器，與之配套的油壓裝置型號(hào)為HTZ-6.0-4B。調(diào)速系統(tǒng)額定工作油壓3.92MPa。1號(hào)機(jī)組于2002年5月投產(chǎn)。第5頁/共52頁2.蓬辣灘水電站水輪機(jī)槳葉不能打開故障現(xiàn)象2）故障現(xiàn)象2002年10月20日，投產(chǎn)不久的1號(hào)機(jī)組在正常運(yùn)行中，出現(xiàn)了水輪機(jī)槳葉可關(guān)閉但不能打開的故障。具體情況如下:故障發(fā)生前，1號(hào)機(jī)組在系統(tǒng)中并列運(yùn)行，水輪機(jī)導(dǎo)葉開度和轉(zhuǎn)輪槳葉開度分別為75%、80%。當(dāng)班人員奉調(diào)度令，對(duì)1號(hào)機(jī)組執(zhí)行負(fù)荷調(diào)整操作時(shí)，無論是自動(dòng)還是手動(dòng)操作調(diào)速器開啟槳葉，槳葉不但不能開啟，反而關(guān)閉。在槳葉全關(guān)閉后(槳葉轉(zhuǎn)角=0) 再也不能打開。在執(zhí)行槳葉關(guān)閉操作時(shí)，槳葉的關(guān)閉動(dòng)作正常，且隨動(dòng)性

3、很好。單獨(dú)操作導(dǎo)水葉的啟閉時(shí)，卻未發(fā)現(xiàn)任何異常情況，且導(dǎo)葉隨動(dòng)于調(diào)速器的情況良好。第6頁/共52頁2.蓬辣灘水電站水輪機(jī)槳葉不能打開故障現(xiàn)象2）故障排查首先對(duì)調(diào)速器進(jìn)行解體檢查(主要針對(duì)槳葉主配壓閥及其步進(jìn)式電液轉(zhuǎn)換器) ，未發(fā)現(xiàn)異常情況，故障現(xiàn)象依然存在，因此可排除調(diào)速器故障的可能。在對(duì)槳葉(= 0)單獨(dú)進(jìn)行開啟試驗(yàn)時(shí)，槳葉雖然不能打開，但主配壓閥有明顯的油流聲音，且受油器開、關(guān)兩側(cè)油壓指示儀表示值正常。隨后在轉(zhuǎn)輪室用5t手拉葫蘆把槳葉朝開啟方向拉拽至15%的開度后再進(jìn)行槳葉開啟試驗(yàn)。此時(shí)槳葉開啟操作又恢復(fù)正常。第7頁/共52頁2.蓬辣灘水電站水輪機(jī)槳葉不能打開故障現(xiàn)象2）故障排查當(dāng)時(shí)由于這

4、一故障已消失，沒有進(jìn)行全面分析便繼續(xù)當(dāng)時(shí)由于這一故障已消失，沒有進(jìn)行全面分析便繼續(xù)開機(jī)運(yùn)行。至開機(jī)運(yùn)行。至20032003年年1 1月初，這一故障又重復(fù)發(fā)生了多臺(tái)月初，這一故障又重復(fù)發(fā)生了多臺(tái)次，其中次，其中1 1號(hào)機(jī)組發(fā)生了號(hào)機(jī)組發(fā)生了3 3次，次，2 2號(hào)機(jī)組發(fā)生了號(hào)機(jī)組發(fā)生了1 1次次( (此時(shí)此時(shí)3 3號(hào)、號(hào)、4 4號(hào)機(jī)組尚未投運(yùn)號(hào)機(jī)組尚未投運(yùn)) )，說明上述處理方法沒有根本解決問題。，說明上述處理方法沒有根本解決問題。在每次故障發(fā)生后按上述方法處理，所需工時(shí)較長(zhǎng)，棄水在每次故障發(fā)生后按上述方法處理，所需工時(shí)較長(zhǎng)，棄水損失大，給電站造成重大經(jīng)濟(jì)損失，特別是該故障越來越損失大，給電站造成

5、重大經(jīng)濟(jì)損失，特別是該故障越來越頻繁，嚴(yán)重影響到水電站的正常生產(chǎn)，必須盡快查明真正頻繁，嚴(yán)重影響到水電站的正常生產(chǎn)，必須盡快查明真正原因并消除缺陷。原因并消除缺陷。第8頁/共52頁故障分析故障分析1） 相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其工作原理 蓬辣灘水電站水輪機(jī)為燈泡貫流轉(zhuǎn)槳式， 轉(zhuǎn)輪直徑4.4 m ，主要由轉(zhuǎn)輪體、轉(zhuǎn)輪接力器、操作架、滑鍵、斜連桿機(jī)構(gòu)、槳葉（4個(gè)）及其樞軸密封、泄水錐等組成。轉(zhuǎn)輪接力器活塞直徑920mm。在接力器活塞桿內(nèi)部有油分配管，在高壓油的交替作用下，活塞可作前后相對(duì)移動(dòng)，最大行程（從全關(guān)到全開）208.3mm?；钊囊苿?dòng)，使操作架、斜連桿作平面運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)。槳葉轉(zhuǎn)角=035

6、。槳葉正常工作油壓3.92MPa，設(shè)計(jì)動(dòng)作油壓0.5MPa。第9頁/共52頁故障分析故障分析2） 故障分析根據(jù)計(jì)算，在工作油壓P=3.92MPa時(shí)，作用于接力器活塞某一腔的壓力為2322.6kN，如此巨大的作用力都未能打開槳葉，而僅用一個(gè)5t葫蘆卻能把槳葉打開，僅憑這一點(diǎn)，就可排除轉(zhuǎn)輪操作機(jī)構(gòu)摩擦力過大、接力器活塞拉缸、槳葉卡死等可能。在排除這些因素之后，故障的焦點(diǎn)是:在操作調(diào)速器打開槳葉時(shí)，壓力油雖然經(jīng)主配壓閥進(jìn)入了受油器，但有沒有進(jìn)入接力器活塞開啟腔。第10頁/共52頁故障分析故障分析 當(dāng)壓力油從配油管經(jīng)浮動(dòng)瓦、受油軸、轉(zhuǎn)換套后，進(jìn)入過渡操作油管中間腔，再?gòu)牟僮饔凸苤虚g腔進(jìn)入轉(zhuǎn)輪活塞的開啟

7、腔。此間有許多法蘭密封面。如果說在這些密封面中，因密封圈損壞造成開、關(guān)腔竄油，那么必有兩種結(jié)果:其一是如果竄油嚴(yán)重的話，無論進(jìn)行開、關(guān)操作都會(huì)失效;其二是故障必然永久存在，不因槳葉的轉(zhuǎn)角變化而出現(xiàn)和消失。第11頁/共52頁故障分析故障分析 在受油器轉(zhuǎn)換套的一端裝有一個(gè)軸套，該軸套的材料為ZcuSn5Pb5Zn5，其作用是限制過渡操作油管的回轉(zhuǎn)中心，并阻斷操作油管開、關(guān)腔的通道。假設(shè)軸套與過渡操作油管的配合間隙過大，必然使竄油增大，其結(jié)果仍如前所述。但是，若該軸套在開機(jī)前已脫離轉(zhuǎn)換套，此時(shí)進(jìn)行開機(jī)操作，來自主配壓閥的壓力油本應(yīng)全部進(jìn)入操作油管中腔，卻因軸套脫落，使操作油管中、外兩腔短路，壓力油經(jīng)

8、短路進(jìn)入操作油管外腔再返回調(diào)速器回油腔。在此情況下，槳葉肯定不能打開，其故障原因就此便可認(rèn)定。第12頁/共52頁故障分析故障分析查閱廠家有關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，發(fā)現(xiàn)該軸套與轉(zhuǎn)換套的設(shè)計(jì)公差與配合為145H7/k6 (過渡配合) ，其配合間隙為0.0280.037 mm ，采用冷套工藝安裝，無定位螺釘。軸套內(nèi)徑135mm，外徑145mm，長(zhǎng)72mm。經(jīng)計(jì)算，在額定油壓下進(jìn)行開機(jī)操作時(shí)，軸套所受正軸向壓力(假設(shè)主軸的順?biāo)鞣较驗(yàn)檎?，逆水流方向?yàn)榉聪? 為Fk =8.01kN。在這一軸向力作用下，軸套有可能脫離轉(zhuǎn)換套并落在過渡操作油管上面，造成槳葉接力器開、關(guān)腔短路。這時(shí)如果進(jìn)行槳葉開啟操作，壓力油除進(jìn)入接

9、力器開啟腔外，還通過短路點(diǎn)進(jìn)入槳葉關(guān)閉腔。接力器開關(guān)兩腔等壓，槳葉必定無法開啟。第13頁/共52頁2故障處理根據(jù)分析情況，拆出1號(hào)機(jī)組受油器，對(duì)其轉(zhuǎn)換套進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該軸套果然已脫離了轉(zhuǎn)換套。于是重新安裝轉(zhuǎn)換套，并在軸套與轉(zhuǎn)換套的配合面上增加4個(gè)M8軸向騎縫定位螺釘。同時(shí)，對(duì)2號(hào)機(jī)組及安裝中的3號(hào)、4號(hào)機(jī)組也采用同樣的方法進(jìn)行了處理，從根本上消除了轉(zhuǎn)輪槳葉不能打開的故障，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。第14頁/共52頁9.2.2 水府廟水電站4號(hào)機(jī)7號(hào)導(dǎo)葉損壞故障分析處理1.水府廟水電站4號(hào)機(jī)7號(hào)導(dǎo)葉損壞事故損毀損失情況（1）7號(hào)導(dǎo)葉雙連臂彎曲，并折斷一邊。（2）損失有功電量約28萬kWh。2）事故現(xiàn)

10、象1961年8月3日，4號(hào)機(jī)小修后開機(jī)，當(dāng)導(dǎo)葉在30%的開度時(shí)，調(diào)速器工作不穩(wěn)定，振動(dòng)很厲害，為了防止設(shè)備損壞，決定停機(jī)后調(diào)整試驗(yàn)。第15頁/共52頁9.2.2 水府廟水電站4號(hào)機(jī)7號(hào)導(dǎo)葉損壞故障分析處理2事故原因分析（1）安裝時(shí)配合太緊，摩擦大，但4號(hào)機(jī)運(yùn)行一年來，導(dǎo)葉開度自0100，操作自如，既使發(fā)生有折斷剪斷銷的可能，也不應(yīng)使雙連臂彎曲，折斷。（2）導(dǎo)葉開度在30引起剪斷銷折斷，處理過程中導(dǎo)葉又開到80，此說明并非導(dǎo)葉安裝時(shí)卡死。（3）檢修后4號(hào)機(jī)開機(jī)運(yùn)行2h，其他導(dǎo)葉達(dá)84開度時(shí)，7號(hào)導(dǎo)葉關(guān)閉至超過正常全關(guān)位置25左右。第16頁/共52頁9.2.2 水府廟水電站4號(hào)機(jī)7號(hào)導(dǎo)葉損壞故障分

11、析處理2事故原因分析這說明導(dǎo)葉本身是活動(dòng)的，所以判斷是7號(hào)導(dǎo)葉外物卡死，引起剪斷銷折斷，其理由有：壩前攔污柵間隙是88mm600mm（寬長(zhǎng)），外物很可能進(jìn)入。快速閘門的門框可進(jìn)入粗300mm2m（直徑長(zhǎng)）的外物。4號(hào)機(jī)出現(xiàn)事故時(shí)，導(dǎo)葉開度在30，當(dāng)停機(jī)檢查7號(hào)導(dǎo)葉卡死在80開度的位置上，疑似7、8號(hào)導(dǎo)葉間有外物，當(dāng)8號(hào)導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)，將7號(hào)導(dǎo)葉頂開。檢修人員用木頭將7號(hào)導(dǎo)葉向關(guān)的方向撬不動(dòng)，向開的方向能轉(zhuǎn)動(dòng)，致此說明有外物卡在7、8號(hào)導(dǎo)葉間。在導(dǎo)葉處于無控制的自由狀態(tài)下，4號(hào)機(jī)組試運(yùn)行，當(dāng)導(dǎo)葉開度在84時(shí)，由于水力作用，將外物沖掉，7號(hào)導(dǎo)水葉在自由狀態(tài)，其他導(dǎo)水葉開得大，7號(hào)導(dǎo)水葉受力，使之從不能

12、關(guān)，至沖得關(guān)過了頭。因水輪機(jī)進(jìn)水不平衡而產(chǎn)生了震動(dòng)，停機(jī)后7號(hào)導(dǎo)葉被關(guān)在外面了。第17頁/共52頁9.2.2 水府廟水電站4號(hào)機(jī)7號(hào)導(dǎo)葉損壞故障分析處理3事故處理過程操作后毫無效果，又關(guān)閉了4號(hào)機(jī)的快速閘門。即拆掉7號(hào)導(dǎo)葉的雙連臂和剪斷銷，此時(shí)發(fā)現(xiàn)雙連臂斷了一邊。由于沒有尾水閘門，蝸殼水抽不干，不能檢查導(dǎo)葉。最后決定讓4號(hào)機(jī)的7號(hào)導(dǎo)葉成自由狀態(tài)，調(diào)速器切“手動(dòng)”開機(jī)，4號(hào)機(jī)組“手動(dòng)”開機(jī)并網(wǎng)試運(yùn)行。4號(hào)機(jī)并網(wǎng)試運(yùn)行2h后，機(jī)組有功負(fù)荷由5200kW上升到將其它導(dǎo)葉全開時(shí)，用千斤頂向開啟側(cè)頂7號(hào)導(dǎo)葉可以轉(zhuǎn)動(dòng)，可回到正常關(guān)閉位置，裝上雙連臂及剪斷銷后，對(duì)調(diào)速器進(jìn)行了調(diào)整并模擬操作后，合發(fā)電機(jī)出口斷

13、路器并入電網(wǎng)運(yùn)行。第18頁/共52頁9.2.3 金沙峽水電站2#水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析處理1）基本情況金沙峽水電站工程地處青海省大通河甘青交界段，為低壩徑流引水式水電站，海拔高度2200m。該水電站設(shè)計(jì)水頭72.5m ，設(shè)計(jì)引用流量116m3/s。電站總裝機(jī)容量為320MW + 10MW ，機(jī)型為立軸混流式，2#發(fā)電機(jī)（大機(jī)）型號(hào)為SF20-20/4250 ，額定轉(zhuǎn)速為300rpm ，轉(zhuǎn)子總重量為78T ，直徑為3618mm，磁軛、制動(dòng)環(huán)及風(fēng)扇支架均為組焊結(jié)構(gòu)。第19頁/共52頁9.2.3 金沙峽水電站2#水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析處理在機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行了二十多天后，現(xiàn)場(chǎng)安裝人員在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組振

14、動(dòng)值比試運(yùn)行時(shí)明顯增大，通過測(cè)量，發(fā)電機(jī)上機(jī)架的振幅達(dá)1.04mm，并隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大，遂決定停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)上蓋板與上機(jī)架之間的聯(lián)接螺栓均有松動(dòng)和剪斷的情況發(fā)生，分別對(duì)發(fā)電機(jī)上、下導(dǎo)軸承進(jìn)行解體檢查，下導(dǎo)軸承未發(fā)現(xiàn)異常情況，但上導(dǎo)軸承的導(dǎo)瓦支架與上機(jī)架之間的定位銷及緊固螺栓部分松動(dòng)，并且有兩支螺栓剪斷。第20頁/共52頁9.2.3 金沙峽水電站2#水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析處理1. 故障分析水輪機(jī)蝸殼及固定導(dǎo)葉內(nèi)有異物，導(dǎo)致水力不平衡產(chǎn)生振動(dòng);機(jī)組軸線擺度偏差超標(biāo)，引起機(jī)組振動(dòng);機(jī)組磁場(chǎng)不平衡，引起機(jī)組振動(dòng);機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量不平衡引起機(jī)組振動(dòng)。1. 1. 故障故障分析分析第21頁/共5

15、2頁9.2.3 金沙峽水電站2#水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析處理通過分析，認(rèn)為第四種原因符合實(shí)際情況，并對(duì)前三種原因不符合的情況做了詳細(xì)的分析:（1）流道內(nèi)水力不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)首先表現(xiàn)為水導(dǎo)軸承的振動(dòng)，通過對(duì)水導(dǎo)部位振動(dòng)的測(cè)量，水導(dǎo)的振動(dòng)值滿足安裝規(guī)范要求，水導(dǎo)軸承至下導(dǎo)軸承軸長(zhǎng)為3米，具有一定的彈性，不可能將較大的力傳遞到上導(dǎo)軸承及發(fā)電機(jī)蓋板上，而且下導(dǎo)軸承在解體檢查時(shí)未發(fā)現(xiàn)異常情況，確認(rèn)不是水力不平衡的問題。（2）機(jī)組軸線擺度偏差超標(biāo)，但其震動(dòng)的幅值最大不可能超過導(dǎo)瓦間隙，設(shè)計(jì)導(dǎo)瓦間隙為0.10.15mm，擺度超標(biāo)引起的質(zhì)量偏差不會(huì)很大，不至于引起發(fā)電機(jī)上機(jī)架的大幅振動(dòng)。而且軸系擺度大時(shí)首先表

16、現(xiàn)在導(dǎo)瓦溫度升高，但機(jī)組運(yùn)行過程中導(dǎo)瓦溫度一直正常，可以斷定不是軸線問題。（3）電磁場(chǎng)不平衡造成的振動(dòng)，應(yīng)該表現(xiàn)在空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)不同，且負(fù)載運(yùn)行時(shí)振動(dòng)會(huì)增大很多。而該機(jī)組在試運(yùn)行及商業(yè)運(yùn)行的過程中，均表現(xiàn)為空載運(yùn)行及負(fù)載運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)變化不大，因此可以排除磁場(chǎng)不平衡原因。1. 1. 故障故障分析二分析二第22頁/共52頁9.2.3 金沙峽水電站2#水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析處理首先將機(jī)組轉(zhuǎn)速升至100 %額定轉(zhuǎn)速，將儀器的振動(dòng)和轉(zhuǎn)速傳感器架設(shè)在規(guī)定的部位（上機(jī)架的上、下邊各架一支振動(dòng)傳感器，發(fā)電機(jī)軸頭部位架設(shè)一個(gè)光電轉(zhuǎn)速測(cè)頭），開啟儀器電源測(cè)量并自動(dòng)記錄，然后停機(jī)，在轉(zhuǎn)子上加配一定

17、質(zhì)量的基準(zhǔn)配重塊（本次選配35kg配重塊），并以此配重塊為起始點(diǎn)，逆時(shí)針方向?qū)︼L(fēng)扇葉片編號(hào)（本機(jī)組葉片為40片，兩風(fēng)扇葉夾角為9），然后重新啟動(dòng)機(jī)組，將轉(zhuǎn)速升至100%額定轉(zhuǎn)速（300rpm）。2. 2. 故障處理故障處理第23頁/共52頁9.2.3 金沙峽水電站2#水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析處理根據(jù)儀器顯示結(jié)果，考慮到所測(cè)得的質(zhì)量不平衡較大，對(duì)儀器輸入取掉基準(zhǔn)配重命令后，儀器的計(jì)算結(jié)果為120方向配重65kg，根據(jù)計(jì)算結(jié)果配重，機(jī)組振動(dòng)未消除，如此改變基準(zhǔn)配重位置反復(fù)多次，根據(jù)儀器計(jì)算結(jié)果配重，均未能消除機(jī)組振動(dòng)。此時(shí)專家組大部分成員開始考慮振動(dòng)的原因可能沒有找準(zhǔn)，要求進(jìn)行流道檢查及軸線檢查。

18、2. 2. 故障處理故障處理第24頁/共52頁9.2.3 金沙峽水電站2#水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析處理進(jìn)行流道檢查工作量非常大，首先要進(jìn)行尾水封水及蝸殼排水，考慮到尾水出口可能有雜物，閘門密封不嚴(yán)，排水難度大，流道檢查有困難。進(jìn)行軸線檢查同樣要進(jìn)行流道排水，上、下、水導(dǎo)軸承排油及解體，工作量非常大，耗工耗時(shí)，影響發(fā)電。在各方意見分歧較大的情況下，其中一位技術(shù)人員一直堅(jiān)持認(rèn)為機(jī)組振動(dòng)與流道存在雜物與否及軸線擺度偏差無關(guān)，有以上的原因分析為證，同時(shí)磁軛、制動(dòng)環(huán)及風(fēng)扇支架均為組焊件，存在質(zhì)量不平衡的可能性大，并且機(jī)組在升速過程中，隨著轉(zhuǎn)速升高振動(dòng)在加劇，直接證明轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量不平衡是引起機(jī)組振動(dòng)的原因

19、。2. 2. 故障處理故障處理第25頁/共52頁9.2.3 金沙峽水電站2#水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析處理根據(jù)該電站4#小機(jī)的動(dòng)平衡試驗(yàn)情況，儀器在問是否取掉基礎(chǔ)配重時(shí)（由于當(dāng)時(shí)基準(zhǔn)配重較小為17kg）輸入了否命令，結(jié)果一次配重成功，可能2#機(jī)組質(zhì)量偏差較大，會(huì)直接影響儀器測(cè)試的準(zhǔn)確性?；谶@種認(rèn)識(shí)，測(cè)試小組用上述方法再做最后一次測(cè)試，結(jié)果一次性配重成功，機(jī)組振動(dòng)值滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行正常。2. 2. 故障處理故障處理第26頁/共52頁93 水輪機(jī)出力不足典型故障分析1福建永安上坂水電站出力不足故障情況1）上坂水電站基本情況上坂水電站位于福建永安縣小陶鎮(zhèn)上坂村上游1.5 km處，距離永安城關(guān)51

20、km，是沙溪支流文川溪梯級(jí)電站中裝機(jī)容量最大，具有調(diào)節(jié)庫(kù)容的龍頭電站。9.3.1 上坂水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法第27頁/共52頁9.3.1上坂水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法電站裝機(jī)容量25000kW，電站大壩為砌石雙曲拱壩，壩高51米，壩頂弧長(zhǎng)142米，水庫(kù)正常蓄水位305.0米，死水位280.0米，設(shè)計(jì)洪水位305.43米，校核洪水位305.85米，堰頂高程300.8米，調(diào)洪庫(kù)容229萬立方米。電站引水系統(tǒng)布設(shè)在右岸，為遂洞有壓引水，主洞總長(zhǎng)為240.33米，直徑3.7米；支洞長(zhǎng)44.52米，直徑2米。第28頁/共52頁9.3.1上坂水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦

21、法引水遂洞出口裝設(shè)兩臺(tái)蝴蝶閥。電站采用立式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號(hào)HL-250-LJ-140，設(shè)計(jì)水頭39.1米，最小水頭25米，設(shè)計(jì)流量14.78m3/s；發(fā)電機(jī)型號(hào)SF5000-16/3250，額定電壓6300V，額定電流573A，額定轉(zhuǎn)速375rpm，勵(lì)磁方式可控硅微機(jī)勵(lì)磁，電站出口電壓110kV。1994年7月25日1號(hào)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，同年9月25日二號(hào)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。第29頁/共52頁9.3.1上坂水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法針對(duì)上坂水電站水輪機(jī)出力不足現(xiàn)象，可以初步判斷引起上述現(xiàn)象的原因有二個(gè)方面：一是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的過流表面剛度、強(qiáng)度不足，造成轉(zhuǎn)輪抗空蝕和抗磨能力不足，使得水輪

22、機(jī)在運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)輪葉片的表面出現(xiàn)空蝕磨損現(xiàn)象，造成水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪效率下降；二是引水道之中存在堵塞物，如樹木、淤泥等，減小了流道的過水?dāng)嗝?，使得流量不足。上述兩種原因是造成水輪機(jī)出力不足的主要因素。2原因分析第30頁/共52頁9.3.1上坂水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法1）針對(duì)引水道之中存在堵塞物的問題由于上坂水庫(kù)電站位于河道的中間，河道兩邊樹木繁茂，不可避免的有許多樹枝和樹葉落到水庫(kù)之中，而這些樹枝和樹葉會(huì)順著水流流道進(jìn)入引水道入口處，在入口處攔污柵前形成堵塞現(xiàn)象，這樣在入口處攔污柵前形成水頭落差，無形之間降低了水輪機(jī)的工作水頭，同時(shí)也有一些石頭、淤泥之類的會(huì)在水流流道中淤積，也會(huì)造成流道過水

23、面積的減少，所以需要對(duì)攔污柵前以及水流流道中的淤泥物進(jìn)行清理，以保證水流流動(dòng)順暢。3存在問題的解決辦法第31頁/共52頁9.3.1上坂水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法2）針對(duì)轉(zhuǎn)輪的過流表面剛度、強(qiáng)度不足的問題轉(zhuǎn)輪的過流表面剛度、強(qiáng)度不足，是造成抗空蝕和抗磨能力不足的主要原因。針對(duì)這一現(xiàn)象，可以從幾個(gè)方面進(jìn)行改造：一是在轉(zhuǎn)輪的過流表面以及其它過流部件表面易空蝕磨損的部位鋪焊不銹鋼，以提高抗空蝕磨損的效果；二是在轉(zhuǎn)輪的制造過程中，需要采用剛度和強(qiáng)度較高的鋼材，根據(jù)實(shí)際需要采用對(duì)應(yīng)的措施，在一些重要的部位需要使用較好的鋼材，其它部位可以采用一般的鋼材。3存在問題的解決辦法第32頁/共52頁9.

24、3.1上坂水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法如果采用第一種方案，我們可以尋求能夠生產(chǎn)HL250型轉(zhuǎn)輪的相關(guān)廠家進(jìn)行生產(chǎn)，主要要求生產(chǎn)廠家在滿足轉(zhuǎn)輪的強(qiáng)度、剛度的基礎(chǔ)上，重新生產(chǎn)一個(gè)HL250型轉(zhuǎn)輪，這樣可以保證有關(guān)過流部件的結(jié)構(gòu)尺寸（主要是導(dǎo)葉方面）不用改變，有利于減少機(jī)組的投資成本；但是據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)還沒有HL250型轉(zhuǎn)輪型號(hào)。3存在問題的解決辦法第33頁/共52頁9.3.1上坂水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法如果采用第二種方案，根據(jù)該水電站的實(shí)際情況，我們選擇了二種型號(hào)的轉(zhuǎn)輪與HL250型轉(zhuǎn)輪進(jìn)行比較，有關(guān)不同轉(zhuǎn)輪型號(hào)的參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表9-3。根據(jù)表9-4的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果可以看

25、出，HLF13的各種參數(shù)與HL250的參數(shù)相差較大，尤其是導(dǎo)葉相對(duì)高度較HL250的相差較大；HLA551C的種種參數(shù)與HL250的參數(shù)比較接近，導(dǎo)葉相對(duì)高度只是相差0.01，因此初步?jīng)Q定采用HLA551C轉(zhuǎn)輪。根據(jù)選用的HLA551C轉(zhuǎn)輪，表9-5中HL250轉(zhuǎn)輪的出力按照機(jī)組的實(shí)際出力參數(shù)為準(zhǔn)，年利用小時(shí)數(shù)以多年平均年利用小時(shí)數(shù)為2560h為準(zhǔn)。3存在問題的解決辦法第34頁/共52頁表9-43種型號(hào)的轉(zhuǎn)輪各種參數(shù)的比較第35頁/共52頁9.3.1上坂水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法4）更換轉(zhuǎn)輪的費(fèi)用和經(jīng)濟(jì)效益比較根據(jù)水電站的更換HLA551C的改造方案，制造廠家提出了3種方案，一是整

26、個(gè)轉(zhuǎn)輪（上冠、葉片和下環(huán)）為不銹鋼材料；二是上冠為碳鋼材料，葉片和下環(huán)為不銹鋼材料；三是整個(gè)轉(zhuǎn)輪（上冠、葉片和下環(huán)）為碳鋼材料，而整個(gè)轉(zhuǎn)輪材料為不銹鋼材料，其運(yùn)行壽命是碳鋼材料的35倍。有關(guān)各種方案的轉(zhuǎn)輪以及相關(guān)配套的技術(shù)改造項(xiàng)目?jī)r(jià)格見表9-6。3存在問題的解決辦法第36頁/共52頁從表9-5可看出，加上引水流道口清理費(fèi)用，方案一的總費(fèi)用為54萬元，方案二的總費(fèi)用為50萬元，方案三的總費(fèi)用為42萬元。表9-6 HLA551C-LJ-140轉(zhuǎn)輪更換費(fèi)用（萬元）第37頁/共52頁從表可看出，三種水頭下方案1、2、3的收益與技術(shù)改造費(fèi)用差分別是 2.466107（ 2.47107 、 2.47810

27、7 ）元， 0.966107 （ 0.97 107 、 0.978107 ）元和0.06107 （ （ 1.0107 、 1.8107 ）元，因此，這個(gè)技術(shù)改造完成后，可在第二年就能夠?qū)⒓夹g(shù)改造費(fèi)用回收并有盈余。因此，電站應(yīng)盡快更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為HLA551C-LJ-140，同時(shí)對(duì)拐臂以及引水流道進(jìn)行相應(yīng)處理。三種水頭下方案三種水頭下方案1 1、2 2、3 3收益與技術(shù)改造費(fèi)用差的比較收益與技術(shù)改造費(fèi)用差的比較第38頁/共52頁9.3.2雙溪口水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法1）雙溪口水電站基本情況雙溪口水電站位于福建省仙游縣榜頭鎮(zhèn)，壩址距仙游城關(guān)23km，電站裝機(jī)容量25000kW，水庫(kù)

28、正常蓄水位為164.0m，水庫(kù)常年運(yùn)行死水位為140.0m，極限死水位136.0m，相應(yīng)調(diào)節(jié)庫(kù)容分別為1423萬m3和1529萬m3。1福建雙溪口水電站出力不足故障情況第39頁/共52頁9.3.2雙溪口水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法該水電廠在額定水頭下，兩臺(tái)機(jī)組的出力只能達(dá)到9000kW，在機(jī)組的運(yùn)行過程中，先后出現(xiàn)以下幾種情況。在發(fā)電機(jī)層，當(dāng)導(dǎo)葉開度大于67%時(shí)，儀表盤指示機(jī)組出力下降。人員站在尾水平臺(tái)處，可以明顯感覺到尾水補(bǔ)氣加劇，并有撞擊聲，同時(shí)尾水管出口處的氣泡量增加，尾水平臺(tái)處震動(dòng)感加大。在尾水進(jìn)人門處，用手觸摸進(jìn)人門，震動(dòng)的感覺明顯，但是只能聽到過水聲，而沒有聽到撞擊聲。2

29、）故障情況第40頁/共52頁9.3.2雙溪口水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法 水電站年發(fā)電量2990萬kWh，保證出力1930kW。水輪機(jī)采用HLA384-LJ-106型，額定出力5208kW，額定轉(zhuǎn)速600rpm，最大水頭81m，加權(quán)平均水頭66.1m，額定水頭65m，最小水頭50m，額定流量8.878m3/s，比轉(zhuǎn)速234.61mkW，吸出高度+0.642m；水輪發(fā)電機(jī)采用SF5000-10/2600型，額定功率5000kW，額定電壓6.3kV，額定電流572.8A，額定功率因素0.8（滯后），采用靜止可控硅勵(lì)磁方式，電站出口電壓110kV。1福建雙溪口水電站出力不足故障情況第41頁

30、/共52頁9.3.2雙溪口水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法常見造成水輪機(jī)出力不足的主要原因有：（1）引水系統(tǒng)存在堵塞；（2）轉(zhuǎn)輪室內(nèi)漏水量過大；（3）水輪機(jī)導(dǎo)葉開度不夠；（4）水輪機(jī)經(jīng)長(zhǎng)期修補(bǔ)，葉型表面變形，效率低下；（5）水輪機(jī)選型與安裝存在質(zhì)量問題；（6）水輪機(jī)設(shè)計(jì)與制造存在質(zhì)量問題。第42頁/共52頁9.3.2雙溪口水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法1）機(jī)組選型與安裝的原因機(jī)組選型設(shè)計(jì)原因主要有水頭、流量、效率和出力等方面原因。（1）水頭的因素。經(jīng)計(jì)算,在額定水頭和額定流量下,從壓力鋼管進(jìn)水口至1號(hào)機(jī)蝸殼進(jìn)口斷面的水力損失為6.843,至2號(hào)機(jī)蝸殼進(jìn)口斷面的水力損失為6.933

31、。水電站上游正常高水位為164.0,當(dāng)二臺(tái)機(jī)下泄流量為17.756時(shí),對(duì)應(yīng)的下游水位為82.55。3.原因分析第43頁/共52頁9.3.2雙溪口水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法1號(hào)機(jī)實(shí)際的工作水頭為:=164-82.55-6.843=74.66。2號(hào)機(jī)實(shí)際的工作水頭為:=164-82.55-6.933=74.52。1號(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)的工作水頭都高于水輪機(jī)所需的水頭。因此從上述計(jì)算結(jié)果可以看出,水頭不足的因素可以排除。3.原因分析第44頁/共52頁9.3.2雙溪口水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法（2）流量、效率和出力的因素。根據(jù)計(jì)算,當(dāng)H=65, Q=1.0123/,=91.75%,=9

32、.173/,=5365kW5263kW,因此可以看出,流量、效率和出力的因素可以排除。（3）機(jī)組安裝質(zhì)量的原因分析。根據(jù)機(jī)組竣工后的安裝各參數(shù)的記錄情況來看,機(jī)組的各參數(shù)都符合規(guī)范要求,因此機(jī)組的質(zhì)量的因素可以排除。從以上結(jié)果可以看出,機(jī)組選型設(shè)計(jì)以及安裝方面是沒有問題的。3.原因分析第45頁/共52頁9.3.2雙溪口水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法2）水輪機(jī)的設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量原因分析（1）轉(zhuǎn)輪的剖面形狀問題。如圖9-3所示。該轉(zhuǎn)輪為廠家生產(chǎn)制造的轉(zhuǎn)輪剖面圖。從圖9-3中可以看出,該轉(zhuǎn)輪的泄水錐的長(zhǎng)度不足,這應(yīng)該是廠家設(shè)計(jì)的原因。由于這種設(shè)計(jì),使得泄水錐的長(zhǎng)度不足,造成轉(zhuǎn)輪出口處的水流直接發(fā)生了撞擊；而撞擊的發(fā)生,會(huì)造成以下幾種結(jié)果。3.原因分析圖9-3 廠家制造的轉(zhuǎn)輪形狀 圖9-4 推薦使用的轉(zhuǎn)輪形狀第46頁/共52頁9.3.2雙溪口水電站水輪機(jī)出力不足原因分析及解決辦法第一，當(dāng)導(dǎo)葉開度大于67%時(shí),儀表盤指示機(jī)組出力下降；這就說明隨著導(dǎo)葉開度的加大,轉(zhuǎn)輪出口處的水流發(fā)生撞擊的強(qiáng)度增強(qiáng),使得水輪機(jī)