水布埡電廠3號機組擴修改造后的檢修處理

江 旭

(湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

1 機組情況介紹

湖北清江水布埡電廠是清江流域開發的龍頭電站，位于湖北省恩施土家族自治州巴東縣水布埡鎮，總裝機容量1 840 MW，地下廠房安裝4臺單機460 MW的水輪發電機組，最大水頭203 m，額定水頭170 m。具有多年調節能力，在華中電網中作為骨干調峰調壓調頻電廠。且由于地理位置獨特電廠機組還是電網系統重要的事故備用機組和國調的緊急調度設備[1]。

水布埡電廠3號機組擴修，發電機機械部分改造項目如下：

1)定子重新疊片，更換定子線棒；

2)定子鐵芯穿心螺桿絕緣套管結合方式優化；

3)更換推力軸承擋油管；

4)加裝推力外循環油泵及管路；

5)推力瓦底部內徑方向增加限位銷定；

6)鏡板與推力頭檢查同軸度，重新加工定位銷釘；

7)更換高壓油頂起裝置；

8)下導軸承外油槽擴孔；

9)磁極撐塊結構改造；

10)更換發電機轉子中心體；

11)更換機組空冷器和制動器；

12)機組重新調軸線，定中心。

水布埡3號機組擴修改造于2019-09-02日開工，2020-05-23日完工，總歷時265 d，機組滿負荷安全穩定運行近5個月時間，迎來了第一次C級檢修。

2 機組擴修前后性能分析

2.1 機組穩定性分析

2.1.1 機組各部軸承擺度分析

3號機組擴修前后，帶固定負荷100、330、400 MW及460 MW穩定運行時各部軸承擺度及電廠機組各部軸承擺度允許限值如表1、表2所示。

由表1、表2可以看出，3號機組在擴修前后帶固定負荷100、330、400 MW及460 MW時，各部軸承擺度均不大，均遠小于各部擺度允許限值。但在相同負荷下，擴修后上導、下導擺度高于擴修前；水導Y向擺度略低于擴修前，因擴修前水導X向測點故障，水導X向擴修前后數據無法比較。

表1 3號機組擴修前后帶固定負荷時各部軸承擺度值

表2 水布埡電廠機組各部擺度允許限值 μm

2.1.2 機組機架及頂蓋振動分析

3號機組擴修前后，電廠機組機架及頂蓋振動允許限值和帶固定負荷100、330、400 MW及460 MW穩定運行時機架及頂蓋振動值如表3、表4所示。

表3 水布埡電廠機組機架及頂蓋振動允許限值 μm

表4 3號機組帶固定負荷時機架及頂蓋振動值

由表3、表4可以看出，3號機組擴修前后在帶固定負荷100、330、400 MW及460 MW時，機架及頂蓋振動值均在允許限值內。其中，在同一負荷下擴修后上機架X、上機架Y、下機架Z振動略高于擴修前；上機架Z、頂蓋X、頂蓋Y、頂蓋Z振動低于擴修前。因擴修前下機架X測點故障、擴修后下機架Y測點故障；無法對其進行比較。

2.1.3 機組定子振動分析

3號機組擴修前后，帶固定負荷100、330、400 MW及460 MW穩定運行時定子鐵芯振動值如表5所示。

水布埡電廠機組額定轉速為150 r/min，根據《GB/T 7894-2009 水輪發電機基本技術條件》規定，定子鐵芯振動(100 Hz雙振幅值)允許限值為30 μm，由表5可以看出，3號機組擴修前后帶固定負荷時定子鐵芯水平、垂直振動均在國標范圍內[2]。其中，擴修后鐵芯水平1、鐵芯垂直3方向振動值高于擴修前。因擴修前定子鐵芯垂直2測點故障、擴修后鐵芯垂直1測點故障，無法對這兩組數據進行比較分析。

表5 3號機組擴修前后帶固定負荷時定子鐵芯振動值

2.2 機組各部軸承溫度分析

3號機組擴修前后，機組連續滿負荷運行時，分別選取上導、推力、下導、水導瓦溫較高的6塊進行最高瓦溫統計,詳細統計結果見表6、表7所示。

表6 3號機組擴修前滿發時最高瓦溫統計表 ℃

表7 3號機組擴修后滿發時最高瓦溫統計表 ℃

3號機組擴修前后連續滿發運行時，各部軸承瓦溫均在正常范圍。擴修后推力、下導最高瓦溫較擴修前下降明顯，其中推力瓦下降約3℃、下導瓦下降約5℃。但上導、水導最高較擴修前升高；其中上導瓦上升約5℃、水導上升約2℃。

3 本次檢修發現的主要問題

3.1 發電機定子鐵芯穿心螺桿松動問題

3.1.1 問題概述

水輪發電機定子鐵心通常采用穿心螺桿固定定子鐵心疊片，以承受電磁轉矩和交變磁場產生的作用力，水布埡定子鐵芯穿心螺桿直徑為M24，原穿心螺桿使用絕緣套管進行防護，每根螺桿上套3根絕緣套管，絕緣套管長640 mm，機組運行過程中，絕緣套管接縫位置可能發生錯位，出現縫隙，縫隙位置可能進入灰塵、水汽、油霧等，此現象長期存在可能造成穿心螺桿接地問題；去年擴修，廠家對絕緣套管進行了優化避免了此問題的發生，在本次檢修過程中對定子穿心螺桿進行絕緣檢查，其數據值合格，但在穿心螺桿把緊抽查的過程中發現除66、80、96、97號穿心螺桿為緊固之外其余156根穿心螺桿均出現不同程度的松動現象。

3.1.2 原因分析

經分析，認為定子鐵芯較長，個別部位定子扇形可能存在卡片或在疊片過程中存在微小的間隙，在定子鐵芯壓緊時，螺桿上端的預緊力難以完全傳遞到鐵芯下端，機組運行一段時間后，由于電磁振動等多方面原因，鐵芯穿心螺桿會出現松動現象。

3.1.3 處理辦法

本次檢修采用新的工藝進行處理，改用液壓拉伸器對松動的穿心螺桿進行緊固，其預緊力范圍可控，扇形片間壓力均勻可控，壓緊效果更好，按指揮部指導意見，采用分段拉伸的辦法對螺桿進行拉伸，最終拉伸壓力值達到30 MPa，拉伸完畢后安裝背帽并做好標記。

3.1.4 建議事項

建議定子鐵芯在疊片過程中加強工藝控制，避免卡片或存在間隙現象。

3.2 下導軸承導瓦拉傷問題

3.2.1 問題概述

水輪發電機導軸承的作用是承受機組轉動部分的徑向機械不平衡力和電磁不平衡力，使機組軸線在規定數值范圍內擺動，3號機組下導瓦共有16塊，其中有15塊是更換的新瓦，1塊是舊瓦，本次檢修過程中發現水布埡電廠3號機組所有下導瓦均出現不同程度的拉傷痕跡，具體情況見圖1。

圖1 下導瓦拉傷示意圖

3.2.2 原因分析

發現問題后，迅速對瓦面和軸領進行檢查，在瓦面和油槽底部發現焊接遺留下來的金屬顆粒，該金屬顆粒是導致下導瓦拉傷的主要原因，具體可見圖2，事后經過分析，一致認為金屬顆粒是下導外油槽操作孔擴孔焊接完畢后沒有及時清理干凈而遺留下來的。

圖2 瓦面夾的金屬顆粒圖

3.2.3 處理辦法

下導軸承導軸瓦出現拉傷后，應指揮部要求，將16塊下導瓦全部抽出來進行檢查處理，具體處理步驟如下[3]：

1)仔細將夾在瓦面巴氏合金中的金屬顆粒找出并用刮刀剔除；

2)將瓦面拉出的溝槽痕跡用刮刀推平并用刀花破開；

3)將瓦面受力面積大的地方進行刮花處理；

4)用白潔塊、酒精和綢布對瓦面進行打磨清洗；

5)檢查下導軸領，對軸領上出現的毛刺的部位進行打磨處理，處理完畢后用酒精和綢布擦拭干凈；

6)重點檢查下導油槽，用面團仔細清掃，將遺留在下導油槽的金屬顆粒清理出去；

7)由于本次檢修轉動部分重新推中心，下導瓦處理完畢后，抱瓦重新分配瓦間隙，按單邊0.33 mm進行調整。

3.2.4 建議事項

建議在下導外油槽擴孔焊接完畢后用面團仔細對油槽進行清掃。

3.3 發電機磁極撐塊拉緊螺桿松動問題

3.3.1 問題概述

水布埡電廠機組投產運行后曾經出現過磁極線圈側向開裂現象，為此根據廠家意見在磁極之間增加了絕緣撐塊，該撐塊采用環氧酚醛玻璃布板作為支撐體，在支撐體上用螺栓和螺母固定U型鋼架，將螺母焊接到鋼架上，采用穿過磁軛的拉緊螺桿受力，最終用螺母固定在磁軛內圓上，其效果圖如圖3所示，本次檢修過程中發現有18根拉緊螺桿松動。

圖3 撐塊效果圖

3.3.2 原因分析

經理論分析和現場勘查，總結出以下三條原因：

1)機組運行期間，磁極線圈熱脹冷縮，相鄰磁極之間位置出現微小變化導致螺桿松動；

2)磁極撐塊拉緊螺桿安裝時沒有嚴格按照圖紙設計要求的力矩把緊(上次改造過程中在撐塊拉緊螺桿的把緊操作上，無數據記錄，無防松標記)；

3)磁極撐塊兩端缺乏防松動的措施。

3.3.3 處理辦法

針對3號機組擴修改造后磁極撐塊拉緊螺桿松動問題，采用120 N·m力矩將所有拉緊螺桿重新把緊一遍并做好防松動記號，把緊前后螺帽帶著螺桿旋轉了近1/4圈。

3.3.4 建議事項

為了防止在后面機組改造過程中出現同樣的問題，提供以下幾條建議供參考：

1)設備施工方和設備管理方做好撐塊拉緊螺桿把緊數據的收集工作，不能以口頭傳達為依據，做好相應數據的收集和歸檔；

2)建議在撐塊拉緊螺桿的兩端做好防松動措施，比如：拉緊螺桿回裝時在撐塊頭部螺帽里面打上螺紋緊固膠，將拉緊螺桿背帽點焊在方形支撐塊上；

3)拉緊螺桿把緊完畢后用記號筆在相應的位置做好記號。

3.4 發電機推力瓦溫度高問題

3.4.1 問題描述

水布埡電廠推力軸承采用小彈簧支撐形式，共有20塊推力瓦，每塊瓦下面有92根小彈簧，總共計有1 840根彈簧；在之前的擴修改造中，3號機組更換了19塊新備品推力瓦，更換了部分備品小彈簧，完成了推力外循環冷卻管路的改造，高壓油頂轉子裝置的改造，鏡板返廠研磨等工作；擴修改造完成后開機，機組推力瓦整體溫度比改造前降了幾度，機組甩油狀況得到了改善，但4、12、16、20號推力瓦溫度偏高。

3.4.2 原因分析

打開推力油槽方門，抽取溫度高的16號和20號推力瓦，檢查發現瓦面呈現出受力較大的5道磨痕，推力瓦出油邊較進油邊受力大，抽取推力瓦溫度正常的2號和10號推力瓦，檢查發現瓦面也呈現出受力較大的5道磨痕，其磨損痕跡較溫度高的推力瓦淺，由于在擴修改造時，推力瓦和小彈簧回裝時沒有做相關的原始數據測量記錄，缺乏數據支撐，廠家和檢修人員很難準確的分析出其溫度高的原因，只能根據推力瓦表面磨損情況來進行處理，推力瓦磨損情況見圖4所示。

圖4 推力瓦磨損示意圖

3.4.3 處理辦法

由于缺乏原始數據，問題出現后，只能根據推力瓦瓦面所呈現的問題進行處理，經指揮部會議討論決定，對4塊溫度高的推力瓦瓦面磨損部位進行打磨處理并修刮其進油邊的寬度和深度。

3.4.4 建議事項

為了防止后面機組改造過程中出現同樣的問題，提供以下幾條建議供參考：

1)鏡板返廠研磨后，請加工廠家出示鏡板研磨前后的檢驗報告；

2)建議整體更換推力小彈簧或全部使用舊推力小彈簧，若條件有限只能更換部分小彈簧，要將更換過小彈簧的部位和小彈簧更換的數量做好記錄；

3)更換新推力瓦時，要準確測量推力瓦厚度、油室深度、RTD孔深度和推力瓦油膜厚度，將推力瓦進油邊寬度和深度修刮至標準要求值[4]；

4)將推力瓦解體，清掃其油路部分；

5)推力瓦回裝之前，用面團仔細清掃推力軸承油箱。

3.5 磁極鍵安裝問題

3.5.1 問題描述

本次檢修發現3號機組磁極鍵打緊后，擴修改造人員將過長的主鍵和副鍵進行切割，切割完畢后主鍵留的短而副鍵留的長(副鍵高度高于主鍵)，磁極鍵焊接處理是將主鍵點焊在磁極上，副鍵點焊在磁軛上，此操作方法給后續檢修帶來極大的麻煩，下次檢修磁極鍵安裝時，工作人員需要對副鍵再次進行切割方能將主鍵安裝到位。

3.5.2 建議事項

為了方便機組后面檢修，提供以下兩條建議供參考：

1)磁極健打緊后，切割時將主鍵留長副鍵留短，方便檢修時打鍵，避免再次切割副鍵；

2)磁極鍵點焊時，建議將主鍵點焊在副鍵上，避免將主鍵點焊在磁軛上。

4 結 語

水布埡電廠3號機組擴修改造，發電機部分是整體外包，通過本次檢修，發現發電機改造過程中部分改造安裝項目存在著無數據記錄現象，如更換推力瓦時，沒有進行推力瓦厚度測量、油室深度測量，安裝磁極撐塊拉緊螺桿時沒有按設計力矩緊固并做記錄等，為此，建議后續機組擴修改造時對以下項目做詳細檢查記錄：

1)更換推力瓦和小彈簧時，做好推力瓦厚度、油室深度測量并按要求研刮推力瓦進油邊，小彈簧高度須抽樣檢查并做好安裝位置記錄；

2)下導軸承外油槽擴孔后，須對油槽進行仔細清掃；

3)磁極撐塊拉緊螺桿緊固力矩須做好詳細記錄；

4)改變磁極鍵切割方式和點焊位置；

5)強化推力瓦徑向限位塊防松措施；

6)做好大軸聯軸螺栓實際拉伸值的記錄。