浅谈水轮机的运行过程

浅谈水轮机的运行过程

陈冠元

广西电力安装有限公司530219

摘要：水能是目前公认最经济的一次能源，而水力发电则被认为是电能转换方式中最为经济的一种。水电具有独特的优越性，与火电相比，水电的运行成本低；与核电相比，水电的安全性高且发电投资省。同时，水力机组的高速动性、运转灵活性、在偏离设计工况运行时也能具有较高的运行效率等，使它成为电力系统最可靠的事故备用、负荷备用、承担调峰填谷任务等的不二之选。因此，水力发电在参与电力系统运行时，占据一个十分独特的地位，并且随着电力系统容量的不断增大，这种独特优势会越来越显著。

关键词：水轮机；运行稳定性；过渡过程；空蚀破坏；泥沙磨损

水轮机是由各种机械部件组合而成，是将水能转换成机械能的设备，是发电机组的原动力。水轮机在运行中由于高压水流的冲击而高速旋转，难免会产生机械磨损和振动，出现各种意想不到的故障在所难免。为了避免和减少水轮机故障，实现水力发电站的经济目的，提升水利发电站的社会效益，必然要认真细致地分析水轮机出现各种故障的成因，合理有效的加以预防，安全科学的予以处理。

1.机组过速故障

当机组转速超过铭牌规定的额定转速，则出现过速事故，当机组转速升高至某一定值以上（一般超过额定转速的140%以上），机组转动部分离心力急剧增大，引起机组摆度与振动显著增大，造成转动部分与固定部分的碰撞，甚至事故不断扩大而损坏更多部件，所以必须有效地防止发生机组过速故障。分析机组出现过速的原因有：（1）机组在带负荷运行时，由于各种原因突然甩掉负荷，如果此时导叶不能关闭，或者关闭过慢，水轮机组的转速就可能增高到额定转速的120%-140%，甚至更高。（2）在机组正常开停机过程中，发生调速器失控，机组转速同样会急剧上升而发生过速。（3）在机组正常开停机（或紧急停机）过程中，发生多根剪短销剪短，也会出现机组过速和剧烈震动。

2.水导瓦温度过高故障

为了保证机组能够在同一条轴线进行转动，水轮机部位使用巴氏合金轴瓦来固定转轴。因为轴瓦与转轴接触的间隙比较小，机组在转动时，由于相互摩擦导致发热，轴瓦和转轴的温度会升高，如果温度升高到巴氏合金轴瓦的熔点的时候，轴瓦将会被烧坏，转轴出现拉毛，就会引起水轮机组发生偏离轴线进行旋转从而振动。导致水导瓦的温度过高主要有下面三个原因：第一，油变质。轴承内部的润滑油由于长时间的使用，油中含有水或者其他的酸性杂性，导致油质劣化，从而导致润滑的性能受到影响，特别是如果轴承内出现大量进水（如冷却器发生漏水等）的时候，致使冷却和润滑的介质改变，则会直接地影响轴承内的润滑条件，水瓦温度就会急剧上升；第二，润滑油减少。轴承的油槽密封不严或者排油的阀门没有关闭严密，导致大量的甩油或漏油，由于润滑油减少而不能形成良好的油膜，导致轴承的温度升高；第三，冷却水中断或冷却水压降低。阀门的阀瓣损坏、管道进空气、冷却水管堵塞等都会使冷却器的过流量受到影响，导致冷却器不能够正常地发挥作用，从而引起轴承的油温升高。

3剪断销剪断故障

剪断销是水轮机导水叶的拐臂与传动机构之间的连接器，是水轮机导水叶一个重要的保护装置。一般情况下，导水叶在运作的过程中，剪断销带动导水叶转动的强度足够大，如果剪力超过正常操作力1.5倍的时候，剪断销则会被剪断，致使导水叶不受控制，事故扩大。如果剪断销被剪断，水轮机的水流会不均匀从而导致机组出现振动，关机的时候不能关闭全部的水流致使机组一直转动不能停。剪断销剪断的原因主要有：第一，如果导水叶间机械或者卡住的时候，导水叶就不能够运动，拐臂因为调速环的带动而转动，从而产生比较大的剪力，导致剪断销剪断；第二，导水叶开启或者关闭比较快，增大了水流对导水叶的压力，由于剪力较大而导致剪断销被剪断

水轮机运行中出现故障的处理方法

1.以预防为主

第一，建立一座发电站，要从设计、设备的选型、调试、安装等各个环节进行严格的把关，要结合电网和电站的具体情况，所选择的设备要稳定、合格，此外要合理地搭配各种操作方式、报警信号、自动装置以及保护装置；第二，要加强对水轮机工作人员进行的业务培训、安全教育以及素质教育；第三，建立健全的工作制度，如安全管理制度、设备缺陷记录制度运行、值班制度等各种适合电站需要的制度；第四，要编制出适合该电站生产需要的操作制度和运行规程，制定出各种事故预想以及处理事故的方案，平时要反复加强事故演习，以便发生事故时能够迅速地做出反应，减少事故带来的损失。

2机组过速的处理方法

第一，如果机组出现过速时，不要心慌，要保持冷静、沉着应对；第二，机组运行的过程中，如果突然失去负荷，要检查过速保护的装置是否能够正常动作，如果过速保护动作不正常或者拒动，要马上手动进行紧急停机，必要时可以关闭水轮机的主阀；第三，如果在开机停机（或者紧急停机）的过程中，由于调速器异常或者剪断销剪断等导致机组转动过快，这时尽管转速还没有达到过速保护运作的额定值，都需要马上关闭水轮机的主阀。对那些没有设置主阀的机组，需要马上关闭机组前的进水口闸门。此外，如果机组的转速下降到额定转速35%以下的时候，需要手动制动，从而使机组完全停止运作。

3水导瓦温度过高的处理方法

如果机组水导瓦的温度比较高的时候，需要从下面的步骤进行分析与处理：第一，如果水导瓦的温度是慢慢升高，机组摆度、振动没有异常，不要着急停机。要先检查它的测温系统是不是正常、冷却水的流量和水压是不是正常以及油位是不是正常。如果不能够迅速地判断原因且温度持续升高，需要马上停机检查；第二，如果温度突然升高，机组的振动与摆度也突然变大，需要马上紧急停机。要彻底检查冷却水系统、测温系统、水导油槽的油位、油质以及油水管路等情况，寻找原因。如果有必要可以拆开水导，检查水导瓦的瓦面与间隙之间的磨损情况，对其进行合理的修复。

综上所述

如果水轮机发生故障，则会直接致使发电机组不能正常运行。总而言之，水电站要把水轮机在运行过程中对故障的处理放在重要的位置上。选择水轮机的时候，要加强注重水轮机的质量问题，在日常运行和管理的过程中，要加强事故预防与事故分析，针对不同种事故，沉着冷静地应对，并采取科学的措施进行处理，在根源上消除或者减少事故发生的概率，以便确保水轮机能够稳定、持久地运行。

参考文献：

[1]袁天龙.水轮机在运行中的常见故障成因、预防及处理.中国科技纵横，2014，（2）.

[2]刘三成.黄河大峡水电站水轮机真空破坏阀技术改造.西北水电，2013，10（1）.