浅谈水轮机的运行过程
发表时间：2019-01-03T14:22:00.867Z 来源：《基层建设》2018年第34期作者：陈冠元
[导读] 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。
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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。
