水電開發(fā)與提高水電站檢修技術(shù)

1、水電開發(fā)與提高水電站檢修技術(shù)段生孝（甘肅電力科學(xué)研究院）摘要：本文介紹了我國水電建設(shè)中存在的問題和提高水電站檢修能力的重要性，重點介紹了前幾年甘肅在提高水電站檢修技術(shù)中做的工作關(guān)鍵詞：水電開發(fā)；水電站檢修；檢修設(shè)備；水輪機檢修機器人；水輪機轉(zhuǎn)輪自動測繪近年來大大小小的各類水電站建設(shè)遍地開花，規(guī)模宏大，使我國豐富的水力資源能盡快得到利用，這是老一輩水電工作者多年的期盼，大家都無比興奮?？墒钱斪咴L一些新建成的小流域小型電站和一些大中型水電站后又使人憂心忡忡。1小流域小電站開發(fā)中存在的問題首先，由于對一些小流域沒有統(tǒng)一規(guī)劃，沒有考慮整體效益，按投資共擔(dān)、利益共攤的方法分步建設(shè)。當?shù)卣庇谝Y加快當

2、地經(jīng)濟發(fā)展，招商引資，使集體、個人資金一起上，形成圈占資源，實際建設(shè)時揀肥的吃，對整個流域作用大、但投資大的電站卻沒有人愿意投資建設(shè)使資源浪費嚴重。其次，由于配套的送出線路沒有跟上，建起的電站電送不出，在青山綠水間建起硅鐵廠、炭化硅廠等高耗能企業(yè)，造成嚴重污染。這些高污染企業(yè)藏在深山老林之中，在地方保護主義的庇護下，污染河流，破壞環(huán)境，危害人民。第三，這些小水電站在建設(shè)過程中，由于資金緊張，技術(shù)匱乏，很多電站就不是正規(guī)單位設(shè)計，套用過去建成的一些電站設(shè)計，隨便改改，能省的省，不能省的也省。使很多電站建設(shè)中就存在很多缺陷和隱患，不僅存在選址不合理，防洪能力差，或幾乎沒有防洪能力，或占據(jù)河道阻塞行

3、洪。水工建筑物質(zhì)量堪憂，有些水工建筑物試運行時就被沖毀。加之設(shè)備制造、安裝缺陷，使建成的一些電站不能正常發(fā)揮效益，有些還存在嚴重的安全隱患。第四、在一些小流域小電站建設(shè)過程中，由于監(jiān)管不力，甚至可以說沒有監(jiān)管，在修渠、開挖時，破壞大片森林植皮，使原本穩(wěn)定的土石不穩(wěn)定了。加之開挖的沙石隨意堆放，任意占據(jù)河道，使原本清澈的河流變成了渾水河，遇暴雨時，狀況更為嚴重。第五，很多電站裝機臺數(shù)沒有進行資源利用率核算，存在資源利用不充分或裝機過多形成浪費。很多機組安裝位置偏高，吸出高度為正，造成機組振動大，空蝕磨損破壞嚴重。第六，為了節(jié)約經(jīng)費，設(shè)備選用沒有制造經(jīng)驗、要價便宜的廠子產(chǎn)品，更沒有認真的監(jiān)造與驗收

4、，機組效率低，資源浪費嚴重；設(shè)備缺陷多，性能差，故障多，停機維修多，不能正常發(fā)揮作用。第七，小流域小電站建設(shè)的所有者大都對電站不懂，雖請有技術(shù)顧問或技術(shù)負責(zé)人，但關(guān)鍵時是不聽相關(guān)技術(shù)人員的勸告，胡亂要求，胡亂指揮，造成很多缺陷，使電站事故頻發(fā)。整個新建的小水電站，管理人員和工人大都沒有經(jīng)過培訓(xùn)，技術(shù)素質(zhì)普遍偏低，安全意識差。第八，一些裝機超過10MW以上電站，雖然設(shè)計施工比較正規(guī)，但由于技術(shù)力量薄弱等原因，設(shè)計、施工、運行中也存在很多問題。更中國特色的是：只要是領(lǐng)導(dǎo)就比一般人高明，存在領(lǐng)導(dǎo)決定一切的長官意志。如某電站出現(xiàn)計算錯水頭，選錯水輪機轉(zhuǎn)輪模型，選錯吸出高度等問題，就是長官意志作祟，自己

5、定了就算，造成機組振動十分嚴重。 。2大中型水電站建設(shè)中存在的問題這幾年通過與國外廠家合作，特別是通過三峽電站的建設(shè)，我國在水電站設(shè)計、施工、機組制造安裝等方面的技術(shù)與經(jīng)驗都有質(zhì)的飛躍，基本趕上了世界先進水平。由于大家全力關(guān)注三峽，對其他電站的的設(shè)計、施工、機組制造安裝，都認為是成熟技術(shù)，關(guān)注相對少了。而且由于市場競爭，參與建設(shè)三峽的國內(nèi)各方技術(shù)保密，其他設(shè)計、施工、制造等廠商很難獲得一些深層次的新技術(shù)。加之現(xiàn)在業(yè)主多元化，建設(shè)規(guī)模大，有經(jīng)驗的技術(shù)人員少，其他電站在論證、設(shè)計、審查、機組選型、監(jiān)造、安裝等方面都出現(xiàn)了一些問題。在這中間也難以排除長官意志和其他因素。由于這些原因，這些年建的大中型

6、水電站也存在不少問題。如某電站在改造中，轉(zhuǎn)輪在國外鑄造完成后去驗收，一行十多人的高級驗收團硬是把明顯的嚴重鑄造缺陷沒有“驗收”出來，給電站造成運行的被動和很大安全隱患，對此誰來負責(zé)任？沒有！有些電站就是設(shè)計者的錯誤設(shè)計，而設(shè)計審查又走過場，結(jié)果就建出了一個問題電站。某大型水電廠機組由于水工設(shè)計問題而出現(xiàn)在小負荷或單機運行時吸出高度是正值，造成機組小負荷振動嚴重；該電站的機組設(shè)計也存在問題，使機組在70%80%左右負荷運行時使整個廠房都產(chǎn)生振動，給人一種恐怖感覺。某電站設(shè)計吸出高度 -7.5m，難于實現(xiàn)自動補氣補氣，造成機組小負荷振動嚴重而難于實現(xiàn)調(diào)峰；出線接線方式設(shè)計成已經(jīng)淘汰的有安全隱患的方

7、式。另外，一條河流很多家開發(fā)，開發(fā)商只注重自己的利益，各電站屬地政府有急于出政績、增加稅收，加之相關(guān)學(xué)識匱乏，長官意志做祟及其他因素，一些大型河流的綜合利用的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)也很差。如黃河蘭州段的中小電站就沒有考慮通航設(shè)施的建設(shè)，在運力緊張的今天，白白浪費了這運費便宜的黃金水道。 。總之，小流域建設(shè)的小電站問題很多，大河流大中型電站問題也不少。這些都需要監(jiān)管部門在今后的電站建設(shè)中認真研究解決，不要破壞環(huán)境、浪費資源、貽害子孫后代。3目前水電站的檢修狀況任何水電站運行一定時間，由于空蝕磨損破壞，線棒發(fā)熱絕緣老化，軸承密封磨損等問題都要進行檢修。特別是多泥沙河流水電站水輪機空蝕磨損破壞的檢修，是值

8、得我們非常重視的一項工作。我國水電站從豐滿水電廠開始到新安江、劉家峽、三門峽、魚子溪等，通過多年在實踐中努力摸索，逐步建立起一套成熟的大中型水電站包括檢修工藝、過程管理等的檢修規(guī)程，保證了我國水電站幾十年的安全運行。近年由于水電開發(fā)規(guī)模的擴大，新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用，水電廠生產(chǎn)人員隊伍的擴大和年輕化，對第一線生產(chǎn)工人思想上不重視，相應(yīng)的培訓(xùn)沒有跟上，水電廠檢修設(shè)備和檢修人員的維護、檢修技術(shù)能力遠遠趕不上實際需要，有時竟出現(xiàn)違背基本常識的一些錯誤。如某電站檢修時竟用砂輪機打磨活動導(dǎo)葉的配合軸徑，對接力器油缸溝槽缺陷沒有進行任何填補處理只用砂紙磨磨，這樣僅僅使人看起來溝槽表面不明顯了，實際造成了更大

9、損壞。近年我國很多大中型水電站廠水輪機轉(zhuǎn)輪葉片裂紋厲害，成了水電站建設(shè)的大問題。水輪機轉(zhuǎn)輪葉片裂紋具有設(shè)計問題，也有運行調(diào)度問題，加之這幾年一些巨型機組投運而出現(xiàn)的葉片少、葉片大等新問題，這些都是轉(zhuǎn)輪葉片裂紋多而嚴重的客觀原因?？墒侨藗兺鲆暳烁匾脑颍哼@幾年水電開發(fā)規(guī)模加大，水電職工隊伍擴大，人員年輕了，學(xué)歷高了，而有經(jīng)驗的老職工被下崗分流了，加之我們實際工作中存在片面單純注重學(xué)歷，福利、工資、提升向領(lǐng)導(dǎo)者和有學(xué)歷、有關(guān)系的人員傾斜，加之一些領(lǐng)導(dǎo)用人中只注重人際關(guān)系的傾向，水電隊伍一線人員學(xué)技術(shù)的風(fēng)氣差了，工作責(zé)任心差了。還有一種現(xiàn)象就是我國國有企業(yè)、特別是一些水電企業(yè)工人隊伍的貴族化

10、傾向，不愿吃苦、不愿鉆研技術(shù)，工作想越干越少，薪酬希望越多越好，造成應(yīng)能解決的問題成了難題。如大多葉片裂紋的處理應(yīng)是解決了的問題，可是一些水電廠卻是越處理越嚴重。實際是不認真摸索焊接工藝，有些并不是不了解焊接工藝，實際是怕苦、怕麻煩，不愿按焊接工藝做，因為這樣工資沒多拿，而工作量要大幾倍十幾倍。而且一些生產(chǎn)管理者也遷就這種傾向，才是問題越來越嚴重。所以這些問題大多不是技術(shù)問題，而是管理問題。水電站檢修的另一個問題是對空蝕磨損破壞表面的處理，也存在不嚴格按工藝規(guī)程、標準執(zhí)行的問題。對建在多泥沙河流上的老電站，因死庫容淤滿，過機泥沙增多，葉片表面空蝕磨損破壞非常嚴重，使機組效率下降、出力減少、振動

11、加劇，對電站的安全和效益造成極大危害。所以對空蝕磨損破壞表面要認真處理，但這些電站常因工期短，檢修技術(shù)落后等原因而達不到要求。而一些新電站，暫時因泥沙大量淤積庫底而空蝕磨損破壞表面暫時較小，或一些清水電站，但由于對此認識不足和檢修隊伍的技術(shù)水平等問題，對空蝕磨損破壞表面處理很隨意，造成葉片焊接表面粗糙、焊接變形、打磨的也很粗糙、葉片形線變化很大，久而久之將會使小問題變成大災(zāi)難。當前我國水電站檢修技術(shù)還比較落后，由于特殊的現(xiàn)場環(huán)境，一些先進的焊接磨削設(shè)備用不上，目前大都靠手工作業(yè)。如對葉片破壞表面補焊還是人手持焊槍堆焊，對葉片焊接表面打磨，還是手持砂輪打磨。勞動強度大，工作環(huán)境差。所以提高水電站

12、檢修技術(shù)應(yīng)是一項重要而緊迫的工作。4甘肅在提高水電站檢修技術(shù)方面做的工作甘肅水電開發(fā)較早，由于主要電站都建在含沙量大的黃河上，建起十年左右過機泥沙就大增，底環(huán)、導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪等過流部件的空蝕磨損破壞大大加劇。如劉家峽水電廠1978年汛期后電站每年除安排一臺機組進行一個多月的大修外，不得不在開始安排兩個多月的擴大性大修，后因檢修工作量太大，擴大性大修時間最后延長到四個多月，最多一次僅轉(zhuǎn)輪就補焊打磨40 m2多，最大一次焊接7t多焊條。一線檢修職工二十多年過年都沒休過假。既就是這樣，由于任務(wù)重、工期緊，檢修還是達不到相應(yīng)的質(zhì)量要求。從1994年第一臺機組改造完成，近年安裝的新機組，由于使用了新材料、用

13、新研究的抗磨性能好的轉(zhuǎn)輪，空蝕磨損破壞減輕了，檢修的補焊打磨任務(wù)減少了。可是從第一臺機組改造已十幾年過去了，近年空蝕磨損破壞又逐漸加劇了。從上世紀八十年代中期開始為了解決劉家峽檢修任務(wù)大，檢修達不到質(zhì)量的問題，劉家峽水電廠在原甘肅電力局支持下，研究提高水電廠檢修能力。花幾千萬元開挖了一個檢修洞，裝了一臺8m立車，主要用于補焊后的底環(huán)加工和迷宮環(huán)加工。對補焊后的水輪機轉(zhuǎn)輪葉片，同蘭州鐵道學(xué)院合作，研制了一套兩臺“水輪機轉(zhuǎn)輪內(nèi)外隨形磨削機”，獲國家發(fā)明三等獎和國家發(fā)明專利。為修補空蝕磨損破壞的活動導(dǎo)葉，與甘肅工業(yè)大學(xué)（現(xiàn)更名蘭州理工大學(xué)）合作，利用寬帶焊技術(shù)研制了一套活動導(dǎo)葉修復(fù)設(shè)備，該設(shè)備雖然能

14、實現(xiàn)對活動導(dǎo)葉破壞表面的焊接和打磨，但因為焊接熱容量大，導(dǎo)葉軸變形量過大還一時難以用于工業(yè)生產(chǎn)，要進一步研究解決。在研究隨形磨削機過程中，我們了解到一些國外水電站水輪機檢修方面的情況：如法國在水電集中的地區(qū)設(shè)置檢修中心，特別是加拿大魁北克水電局研究所研究的轉(zhuǎn)輪葉片焊接機器人。在甘肅電力局科技處大力支持下，通過哈爾濱理工大學(xué)從中聯(lián)系，經(jīng)與加拿大魁北克水電局研究所相關(guān)人員多次交流，提出滿足我們使用要求的焊接機器人技術(shù)條件，最后從加拿大進口了一臺這種焊接機器人。進口的機器人還可實現(xiàn)對焊接表面的打磨。機器人可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)輪空蝕磨損破壞表面的自動化修復(fù)，但對那么大的工作量要求在那么短的時間完成，一臺機器人是

15、難以實現(xiàn)的，而且該機器人在葉片表面轉(zhuǎn)移位置費力費時，為此我們開展了有自主知識產(chǎn)權(quán)水輪機檢修機器人和其他相關(guān)檢修設(shè)備的可行性研究。（1）水輪機檢修機器人的可行性研究我們與清華大學(xué)、西安交大等學(xué)校進行了自主研發(fā)我國水輪機檢修機器人的可行性研究。技術(shù)要求是1：、必須小巧、靈活、拆裝方便；整機或分解很少幾部分可以方便地從600mm進人孔進入機坑內(nèi)并能很快組裝開始工作；而且能整體從一個流道方便地移動到另一個流道?？傊夭怀^3040kg/臺。、能方便的在葉片表面的任意位置固定，也能方便地移動到新位置；固定時要有足夠的生根力量保證機頭工作，移動時時盡量使其自動爬行為佳。、操作方便，一個人操作機器不僅能對葉片

16、磨削，還可實現(xiàn)從一個位置到另一個位置的移動。向另一個流道轉(zhuǎn)移時應(yīng)簡捷方便。、有較高的生產(chǎn)力，磨削機至少是人工效率四倍以上。、要能磨削轉(zhuǎn)輪狹窄的三維空間流道表面90%以上面積，力爭達到95%（以劉家峽轉(zhuǎn)輪計算）；工作臂要考慮有五個坐標、六個自由度。、在每一固定位置，工作臂在其工作范圍能對流道形狀檢查，并與設(shè)計或理想值進行比較后按較佳形狀進行磨削，磨削得到的形線最終誤差符合“水輪機通流部件技術(shù)條件”要求，粗糙度在6.3m以內(nèi)。、小型磨削機的研制不僅僅只考慮對混流式轉(zhuǎn)輪的磨削，而且也要適用于軸流式轉(zhuǎn)輪的磨削。最好還考慮流道表面的堆焊、噴焊等修復(fù)工藝的需要（不包括噴焊、堆焊設(shè)備本身），盡量實現(xiàn)一機多用

17、，不搞重復(fù)投資。、為了防止漏油，減少執(zhí)行部件，應(yīng)側(cè)重于電動和磁吸附，尤其步進電機等現(xiàn)代技術(shù)。在與三個可行性研究中標單位簽定合同時明確提出：“必須滿足招標技術(shù)要求的8個條件，在保證整形修復(fù)的前提下，實現(xiàn)對破壞表面的清理、補焊、打磨、噴敷保護層等四項功能，并有足夠的工效?！保?）水輪機轉(zhuǎn)輪葉片快速自動測繪的可行性研究為了水輪機轉(zhuǎn)輪葉片測繪及將來配合磨削機器人的工作，我們與西北工業(yè)大學(xué)、鄭州解放軍測繪學(xué)院合作開展了水輪機轉(zhuǎn)輪自動快速測繪設(shè)備的可行性研究。提出的目標要求是2：、測繪系統(tǒng)為便攜式，可方便地從600mm600mm進人孔進入電站水輪機機坑內(nèi)進行測量，也適用于在水電站現(xiàn)場檢修間和制造廠車間進行

18、測量；、系統(tǒng)既能用于測量大中型混流式轉(zhuǎn)輪，也能用于測量軸流式轉(zhuǎn)輪，并爭取用于測量相同類型的小型水輪機轉(zhuǎn)輪。測量混流式轉(zhuǎn)輪全部葉片（13 17片）時間不超過5天，測量軸流式全部葉片（4 8片）時間不超過3天（含數(shù)據(jù)處理時間，但不包括準備時間）；、技術(shù)要易于掌握，技術(shù)人員短期培訓(xùn)就可操作使用；系統(tǒng)對每個葉片形線的測量誤差小于1mm，數(shù)據(jù)整體處理后的綜合誤差優(yōu)于510-4；、該測量系統(tǒng)的硬件應(yīng)不受現(xiàn)場溫度、濕度、電磁場等外界因素的干擾和影響，并有較好的自檢校功能；、在轉(zhuǎn)輪及轉(zhuǎn)輪葉片上布置足夠的以轉(zhuǎn)輪軸線為基準的控制點，以作為檢修時補焊和磨削時的參照點，也作為檢查時的參照點。這些點不能因焊接和打磨發(fā)生

19、空間變位和變形；、根據(jù)測量結(jié)果在計算機里生成整體轉(zhuǎn)輪數(shù)字模型，根據(jù)此轉(zhuǎn)輪數(shù)字模型可生成木模圖。可方便提取任意部位的截面形線，可提供相臨兩葉片頭部（尾部）之間在同一水平位置上的節(jié)距，可提供任意位置的弦長，可提供葉片開口值（及葉片工作面出水邊給定位置到前一個葉片背面的最短距離）等；可與設(shè)計木模圖比較找出誤差，并擬合新的修形可實現(xiàn)的木模圖；、該系統(tǒng)生成的數(shù)字葉面模型適應(yīng)于后續(xù)流程（如自動焊接、自動磨削）的使用，以及與CAD/CAM接軌。（3）其他檢修技術(shù)的研究我們還進行了各種熱噴涂技術(shù)在水輪機檢修中適用性應(yīng)用的研究，刷鍍技術(shù)在水輪機純磨損軸類等部件中的研究應(yīng)用。5從水輪機檢修技術(shù)研究工作中的思考關(guān)于水輪機檢修機器人和轉(zhuǎn)輪自動測繪儀的研究，由于發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)的分家和主事領(lǐng)導(dǎo)的更替，這些研究在此止步了，這是我國科研工作的一種悲哀。在我國因人費事造成的浪費、造成的與別國差距拉大的這種現(xiàn)象何日才能結(jié)束。另外，在我國還有一種怪現(xiàn)象就是對自己研究的一些新設(shè)備，不知出與什么心理，總是看不慣