水轮发电机组运行与维护讲解学习

水轮发电机组运行与维护水轮机分类和型号水轮机分类水轮机是将水能转换成机械能的一种原动机。水轮机的工作状况取决于水电厂的工作水头和流量。1、按水流能量转换特征分类按水流能量转换的特征，水轮机可分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。反击式水轮机特点是：转轮位于水流流经的整个通道中，在同一时间内，所有转轮叶片的通道都有水流通过。水流流经叶片通道后，流速大小和方向都发生了变化，这种变化反映了水流的动量的变化。这个动量的变化是转轮作用于水流产生的，因而水流对转轮有个反作用力，这个反作用力推动转轮旋转。这种利用水流的反作用力动转轮旋转的水轮机，称为反击式水轮机。水轮机分类和型号冲击式水轮机的特点是：当水流流经转轮时，不像反击式水轮机那样整个转轮位于水流流经的通道中，只有部分转轮叶片充满了水，其余部分则处在大气之中。水流以射流形式冲击转轮。冲击式水轮机实际上是利用水流的动能推动转轮旋转。而且在同一时间内水流只冲击着部分水斗。所以利用水流冲击的动能推动转轮旋转的水轮机，称为冲击式水轮机。反击式水轮机多用于中、低水头水电厂，冲击式水轮机多用于高水头水电厂。水轮机分类和型号2、按水轮机结构形式分类水轮机分类和型号水轮机分类和型号水轮机分类和型号3、按水轮机主轴布置形式分类水轮机按主轴的布置形式又可分为卧式和立式两种（也称横轴和立轴）。立式布置得水轮发电机分为悬式和伞式两种。悬式发电机的推力轴承位于发电机转子上部的上机架上或上机架中。伞式发电机的推力轴承位于转子下部的下机架中，或用支架支承在水轮机顶盖上。伞式发电机又分普通伞式（其上、下导轴承分别位于上、下机架中），半伞式（只用上导轴承，它布置在上机架中，无下导轴承；我厂机组为此类型）和全伞式（只有下导轴承，它布置在下机架中，无上导轴承）。水轮机分类和型号水轮机型号根据JB84-74《水轮机型号编制规定》，水轮机型号由三部分组成。第一部分代表水轮机的型式和转轮型号。常见有：混流式，用HL表示；轴流转桨式，用ZZ表示；贯流转桨式，用GZ表示；水斗式，用CJ表示；等等。第二部分代表水轮机主轴的布置形式和引水室的特征。常见有：立轴，用L表示；卧轴，用W表示；金属蜗壳，用J表示；混凝土蜗壳，用H表示；等等。第三部分表示水轮机转轮标称直径D1（cm），冲击式水轮机牌号的第三部分用下示数据表示：水轮机转轮标称直径作用在每个转轮上的喷嘴数目*射流直径水轮机分类和型号水轮机牌号示例：HL220-LJ-550,表示转轮型号为220的混流式水轮机、立轴、金属蜗壳、转轮标称直径为550cm。ZZ560-LH-800,表示转轮型号为560的轴流转桨式水轮机。立轴、混凝土蜗壳、转轮标称直径为800cm。2CJ30-W-120/2*10,表示转轮型号为30的水斗式水轮机，一根轴上有二个转轮，卧式、转轮节圆直径为120cm，每个转轮有二个喷嘴，射流直径为10cm。问题：请试说出我厂水轮机型号HL89-LJ-500的含义。请试说出转轮标称直径是指什么。混流式水轮机结构和作用水轮机的组成立式混流式水轮机如图所示，从作用和安装上划分，它由以下几部分组成：埋设部分，包括尾水管里衬、基础环、座环，蜗壳和机坑里衬。这些部件都是埋在混凝土中的，由混凝土结构来固定和支撑。转动部分，包括主轴、转轮和它们的附件。转轮是水轮机转换能量的核心部件，它产生的机械功率由主轴传给发电机转子。导水机构，这是控制水流方向和大小的部分。它包括形成水流通道的零部件，如座环、底环、顶盖及活动导叶；还包括导叶的传动与控制机构，如导叶臂、连杆、控制环、推拉杆、调速轴等。水轮机导轴承，包括轴瓦、轴承体等。主轴密封结构，如工作密封、检修密封。水轮机附属装置，包括紧急真空破环阀、尾水管十字补气架或补气管、各种测压管路、测温装置、信号装置等等。混流式水轮机结构和作用混流式水轮机各部分作用蜗壳作用是保证水流以最小的水力损失把水引向导水部件，从而提高水轮机的效率；尽可能保证沿导水部件的周围进水流量均匀，水流对称于轴，以使转轮受力均衡，提高工作稳定性；使水流在进入导水部件以前形成环流，然后很顺利进入工作转轮；保证转轮工作时，始终浸没在水中不会有大量空气进入转轮。导水机构作用是当机组的负荷发生变化时，用来调节进入水轮机转轮的流量，改变水轮机的出力，使其与水轮发电机的电磁功率相适应；正常与事故停机时，用来截断水流，使其停止转动；水轮机运行时，使水流按有利的方向均匀地流入转轮，使水流进入转轮之前形成旋转，并改变水流地入射角度。混流式水轮机结构和作用混流式水轮机转轮组成及作用混流式水轮机转轮主要由叶片、上冠、下环、泄水锥、减压装置和止漏装置组成。叶片是水轮机转轮实现水能转换地核心，叶片的光洁度、波浪度、尺寸、形状等对水轮机的性能将产生不同程度影响。上冠的作用是上部连接主轴，下部支承叶片并与下环一起构成过流通道。下环将转轮的叶片连成整体，以增加转轮的强度和刚度，并与上环一起形成过流通道。泄水锥作用是引导经叶片流道出来的水流迅速而顺利向下宣泄，防止水流相互碰撞，以减少水力损失，提高水轮机的效率。减压装置作用是减少作用在转轮上冠上的轴向水推力，以减少推力轴承的负荷。混流式水轮机保护装置水轮机保护装置水轮机一般装设有事故配压阀、快闸、剪断销和真空破坏阀等保护装置。各保护装置的作用事故配压阀（又叫过速限制器）是防止水轮机长期在飞逸转速下运行的有效措施。机组正常运行时，事故配压阀仅作为压力油的通道，使调速器主配压阀通至接力器的管道接通；当机组甩负荷并遇到调速器故障时，事故配压阀动作，切断主配压阀与接力器的联系，而直接把压力油从压油装置接入接力器，使接力器迅速动作关闭，实现机组紧急停机。混流式水轮机保护装置快闸作用是当机组过速达到额定转速的140％时，关闭快闸，截断水流，使机组停机，以缩短水轮机在过速或飞逸转速下运行时间，起到对水轮机的保护作用。剪断销保护装置是由剪断销及其信号器组成。导叶传动机构中连接板与导叶臂是由剪断销连接的。正常情况下，导叶在动作过程中，剪断销有足够强度带动导叶转动，但当导叶间有异物卡住时，导叶轴和导叶臂不能动，而连接板在叉头带动下转动，因此对剪断销产生剪力，当该剪力大于正常操作应力的1.5倍时，剪断销剪断，该导叶脱离控制，但其它导叶仍可正常转动，避免事故扩大。真空破坏阀作用是机组甩负荷或因其它原因紧急停机，导叶迅速关闭时，水流由于惯性继续向下游流去，在转轮室内产生很大真空，转轮室内尾水在差压的作用下，尾水水流又反流向转轮室冲击转轮叶片及顶盖，将产生很大的冲击力，出现抬机现象。真空破坏阀，就是用来补气，以起到对水轮机保护作用。水轮机基本参数水轮机基本参数工作水头H是指水轮机进、出口断面处单位重量水体的能量差，单位是米（m），典型工作水头有以下：最大水头（Hmax）：水轮机运行范围内允许出现的最大净水头。最小水头（Hmin）：水轮机运行范围内允许出现的最小净水头。设计水头（H设）：水轮发电机组发出额定功率时的最小水头。流量Q是指单位时间内，通过水轮机某一既定过流断面的水量，单位是立方米/秒。出力N是指水流在单位时间内所做的功（功率），其大小与水轮机的水头，流量有关，单位为千瓦。计算公式如下：N=9.81QHn水轮机基本参数效率是指水轮机总效率，是水轮机输入功率与输出功率之比，其值总是小于1，因为水轮机在工作过程中不可避免地要产生一些能量损失，主要包括：水力损失：即水流经过蜗壳、导水机构、转轮、尾水管的水头损失。机械损失：即水轮机转动部分的摩擦损失。如转轮与水流之间、轴与轴承之间，止漏装置之间的摩擦损失。容积损失：转轮与固定部件因漏水而造成的损失。现代大型水轮机效率可达93％—95％。我厂水轮机最高效率为94.4％。转速是指水轮机转轮在单位时间内的旋转周数，以n表示，单位为转/分。水轮机的汽蚀汽蚀在一定压力下的液体，当温度升高到一定值时，便开始沸腾；反之，当温度不变而压力降低到一定值时，也会汽化。在一定温度下，水开始汽化时的临界压力称为汽化压力。水流在水轮机内运动过程中，局部地区会产生压力下降的情况。当压力下降到汽化压力时，水由于汽化而产生汽泡。由于低压区的形成和高速水流的运动，使得汽泡和气泡也在不断地运动。运动中汽泡和气泡会突然压缩或突然膨胀，甚致骤然消失，在这一瞬间，水分子将会产生巨大的撞击力，如果这种撞击力指向金属表面，则金属表面会受到不断的冲击，使金属表面遭到破坏，这就是汽蚀现象。汽蚀破坏首先使金属表面失去光泽而变暗，接着毛糙进而发展成麻点，形成海棉状的蜂窝孔，直至完全破坏。水轮机的汽蚀按汽蚀发生地部位，水轮机汽蚀分为三种类型：翼型汽蚀:混流式水轮机的翼型汽蚀主要发生在叶片背面靠下环处的泄水边附近；严重时在叶片背面其它部位也将发生汽蚀；甚至在叶片正面也会产生汽蚀。空腔汽蚀：它指尾水管中心空腔处由大的水流涡带产生的汽蚀。空腔汽蚀主要发生在叶片出口下环处及尾水管进口处。运行人员常在巡检时可以直接听到尾水管直锥段处听到空腔汽蚀引起的撞击声。水轮机的汽蚀间隙汽蚀：是指水流通过狭窄间隙或绕过固体凹凸表面时，由于流速局部升高引起局部压力降低形成的汽蚀。常发生在水轮机的某些局部位置。如混流式转轮和上、下冠止漏环间隙等地方。水轮机的汽蚀防止汽蚀措施在运行方面主要措施如下：1、合理拟定电站运行方式，避开可能产生严重汽蚀的运行工况区域。2、采用补气装置，向尾水管送入空气，以破坏尾水管中高真空的水流涡带。3、提高检修工艺水平，保证检修后的叶片的表面光洁度以减轻汽蚀。4、在叶片上涂刷抗汽蚀涂料，如环氧树脂等水轮机振动水轮机振动原因水轮机振动有机械、水力、电气三方面因素引起的。1、机械方面：由于主轴弯曲、推力轴承调整不良、轴承间隙过大、主轴法兰连接不紧等引起低转速时的振动；因转轮等旋转件与静止件相碰而引起振动并伴有响声；转动部分重量不平衡引起的，随转速上升振动增大。2、水力方面：尾水管中水流涡带引起压力脉动引起的振动；涡列引起的振动；转轮止漏环间隙不均匀引起的振动。3、电气方面：气隙不均匀、短路等引起的振动。水轮机调速系统水轮机调节的基本任务是：当电力系统负荷发生变化、机组转速出现偏差时，通过调速器相应的改变流入水轮机流量，以使水轮机转矩与发电机负荷转矩达到新的平衡，以维持频率在规定的范围之内。当发电机与系统并网后，发电机的转速已经不能有较大变化，调速器这时所调节的实际上是水轮机的输出转矩，它正比于发电机的输出功率。 一、调速器装置的发展机械液压型我国曾广泛使用机械液压型的调速器。它使用离心摆作为测速元件，以离心摆的移动支持块的机械位移作为输出，输出信号送至综合放大元件之一的引导阀，经比较、放大后去调节水轮机导叶的开度。到20世纪50年代，机械液压型调速器发展得比较完善。随着生产的发展，用户对系统频率的要求更为严格；大机组大电网的出现，对电站运行和自动化程度提出了新的要求。这就要求人们对调速器装置的性能和结构进行不断的改进。20世纪40年代，出现了电气液压型调速器。水轮机调速系统电气液压型电气液压型调速器是在机械液压型调速的基础上发展起来的，它保留了液压放大部分，用“电-液转换器”代替了机械-液压转换器调速器，原来的离心摆测速器也为先进的输出电信号的转速传感器所取代。电气-液压型调速器比机械-液压调速器有以下明显的优点：1、具有较高的精确度和灵敏度。电液调速器的转速死区通常不大于0.05%，而机械液压型调速器则为0.15%，电液调速器接力器的不动时间为0.2秒，而机械液压型调速器则为0.3秒。2、制造成本低。用电气回路代替了较难制造的离心摆、缓冲器等机械元件降低了成本。3、便于综合各种信号（水头、流量、出力等），便于实现成组调节，为电站的经济运行、自动化水平及调节品质的提高提供了很有利的条件。广泛使用的功率与频率双调节的功频电液调节器就属于这种形式。水轮机调速系统微机型调速器近年来，将微机用于电气-液压型调速器，使调速器的功能有了更进一步的提高。微机调速器与模拟试电液调速器相比，有许多明显的优点：        1、调节规律用软件程序实现，不仅可以实现PI、PID调节规律，还可以实现其他更复杂的调节规律，如前馈控制、自适应调节等。     2、调节参数的整定和修改方便，运行状态的查询和转换灵活。     3、机组的开、停机规律可方便地用软件程序实现。即停机过程可根据调保计算要求，灵活地实现折线关闭规律；开机过程可根据机组增速及引水系统最大压力降的具体要求进行设定。4、便于与电厂中控室或区域电力系统中心调度所的上位机相连接，提高水电厂和电力系统的自动化水平。水轮机调速系统二、调速器系统机械液压系统动作过程水轮机特性曲线一、综合特性曲线综合特性曲线是在已选定的水轮机转轮直径D1和转速n的条件下，绘制的以水头H、功率N为变量的机组等值线。如图：在图中综合特性曲线范围内绘制有等效率曲线，功率限制线。其中功率限制线由折线组成，折线上段限制线与发电机额定功率相对应，折线下段与最大导叶开度相对应。它表明水轮机在任何运转条件下都能确定效率和吸出高度。二、工作特性曲线当水轮机转轮直径D1为常数，在转速n和水头H也为常数时：分别用曲线表征水轮机功率与效率、流量、导叶开度之间关系称为功率特性曲线。表征水轮机流量与效率、功率、导叶开度之间关系曲线称为流量特性曲线。水轮机特性曲线表征水轮机导叶开度与效率、流量、功率之间的关系曲线称为开度特性曲线，此开度特性曲线在实际工作中应用较少。上述特性曲线反映了水轮机在额定的转速下，实际运转时的工作情况，故统称为工作特性曲线。从流量特性曲线可以看出水轮机起动运转后，流量Q达到一定数值后才开始逐渐增加效率和功率，此功率开始不为0的流量称为空载流量。在空载流量以前的流量主要用来克服机械摩擦损失，并无功率输出。还可以清晰看出：流量随导叶开度的增加而增加；效率随流量的增加而增加；但效率达到最高值后，还继续增加流量时效率反而下降，这是因为导叶达到某一开度后，不适应液流方向，水力损失增加的结果。对于其它形式的工作特性曲线的可按上述办法解释，不再赘述。水轮发电机组的运行及操作水轮发电机组的正常运行及监视水轮发电机组的起动、停机操作应据值长的命令进行。操作时要严格遵守有关操作规程，认真贯彻操作票及监护制度，防止吴操作。起动时检查开机条件是否满足，一、二次设备正常，无异常报警等；方可下发开机令，开机令下发后，检查各辅助设备投入正常，机组转速上升正常，待转速上升至额定转速（空转态）时，检查励磁装置起励正常，机端电压上升正常并升至额定电压（空载态），检查同期工作正常，机组满足同期条件，开关合闸正常，机组为发电态。正常停机操作，应先减机组有功和无功负荷，然后断开机组开关，切除励磁，关闭导叶，待机组转速下降至额定转速的12％时加闸。水轮发电机组的运行及操作正常运行时的监视工作为保质保量地完成发电任务，对运行中地水轮发电机组及设备，必须认真负责地进行监视，一旦发现设备有缺陷和异常情况时，要及时汇报，迅速进行处理。对于带负荷运行地发电机，因铜损和铁损而产生地热量，会使发电机定子线圈和铁芯温度升高，为避免因发电机温度升高使绝缘材料寿命缩短而造成事故，在运行中必须严格空载发电机各部分的温度，使之不超过绝缘材料的极限温度。通常情况下，发电机转子线圈温度和铁芯温度要比定子铁芯温度低一些，定子铁芯的温度又要比定子线圈稳定低。所以对运行中的发电机，主要监视发电机定子线圈的温度。发电机不带满负荷运行时，最好保持定子线圈温度在60～80度之间，最高不要超过110度，发电机转子线圈最高不要超过130度。水轮发电机组的运行及操作发电机在运行电压和电流不变的情况下，发电机各部分在运行中的实际温度决定于冷却介质的温度和冷却介质的温升。因此在运行中除监视发电机线圈和铁芯的温度外，还应认真监视发电机进、出口的风温。一般发电机冷却空气的温升为25～30度左右。如温升显著升高，则说明发电机冷却系统的果农故作已不能满足要求，这时应对发电机的定子电流进行调整或调整发电机冷却水量，使运行中的发电机各部分温度在允许范围内。如无效，则可能是发电机的冷却器堵塞或通风道被堵或定子铁芯短路等原因所致。此时，必须停机进行检查。水轮发电机组在转动时，各轴承的轴瓦与转动部分相接触，因摩擦而产生热量。在轴承油槽内充入透平油，作为轴瓦和转动部分的润滑剂，将会减少磨损防止轴瓦温度升高而烧瓦。在发电机组的轴承油槽内装有冷却器，通入冷却水冷却透平油，降低油温，油在润水轮发电机组的运行及操作滑轴瓦的同时又带走了轴瓦的热量，降低了瓦温。为监视各轴承的运行工况，避免发生烧瓦事故，在轴承的轴瓦上装有监视轴瓦温度的设备，在轴瓦温度升高至某一温度时发出报警信号，当轴瓦温度继续升高到危及机组安全时，立即动作事故继电器紧急停机。一般报警信号温度动作的整定值为60度，事故动作的温度整定值为65度。运行中的发电机，如在某些部件处出现振动，摆度异常增大或发电机内部有金属摩擦、撞击声，或发出微笑异味、定子端部有明显电晕等情形时，发电机不可继续运行，应立即紧急停机进行检查。运行中的调速器应稳定，其主配压阀、引导阀无异常抽动和跳动，各表计指示正常，调速器内部各电气接线无断线、破损。水轮发电机组的运行及操作压力油槽的油位应在正常范围；两台油泵应处于自动位置，油泵运行时声音正常，无渗油、漏油。对机旁盘、测温盘及制动柜的监视，要求各设备电源在投入位置。机组保护盘无掉牌；各压板投、切位置正确；各继电器工作良好，整定值无变化；测温装置工作良好，指示正确。推力轴承和各导轴承的油温、油色正常，无漏油和甩油，且各轴承均无异常声响。发电机空气冷却器不漏水，无大量结露，发电机的风洞内无异常气味和声响。机组的总冷却水压力应正常，推力轴承、导轴承的冷却水压表和示流器正常，各管路阀门无漏水。运行中机组无异常振动，振、摆度在规定范围内。励磁系统及滑水轮发电机组的运行及操作环、整流子表面不发黑，无麻点，无碳粉堆积，炭刷不卡塞不跳动。水轮机密封漏水不大，顶盖排水畅通无大量积水。导叶剪断销无剪断，连杆和拐臂间无杂物，轴承套筒不漏水，不抱轴，接力器无抽动和摆动。水导轴承运行正常。漏油箱的漏油泵和电动机运转正常无异声。必须每小时抄录一次发电机控制盘（现一般为监控系统）的所有电气表计的指示值，监视转子线圈绝缘的电压表，每班抄录一次。定子线圈、铁芯的温度及发电机冷、热风温度，每小时记录一次。水轮发电机的操作1、水轮发电机组并网操作水轮发电机组的运行及操作水轮发电机组正常起动后并入系统运行，为了使机组并网后保持稳定的同步运行，在并列过程中必须满足三个条件：（1）待并机组与电网频率相同；（2）待并机组与电网电压相等；（3）待并机组与电网相序一致。以上三个条件满足后，机组才能并入电网，并要求开关合闸瞬间，相位角相等。一般常采用准同期，分为自动准同期和手动准同期。2、顶转子操作机组停机超过72小时或机组检修或轴承油槽排油至推力轴承轴瓦与镜板以下时，机组起动前，需用高压油泵将发电机转子顶起，使推力轴承与镜板间形成油膜。水轮发电机组的运行及操作3、“三充”试验机组检修后，一般均需要做三充试验，即接力器充油排气试验、充水试验、手、自动加闸试验。水轮发电机组异常运行及处理一、水力机械故障及处理方法1、轴承油位过高轴承油位过高时，油槽内浮子继电器动作，监控系统将报“轴承油位过高”信号。运行值班员应立即对发电机的推力轴承、上导轴承、水导轴承油槽进行检查，查验它们的油位是否超过正常油位，以判断浮子继电器是否误动作；再检查油槽油色和油质，有时因油槽内冷却器管子破裂，冷却水进入油中造成油位过高。根据检查情况，决定机组是否应停机。思考：如何判断油中进水水轮发电机组异常运行及处理2、轴承油位过低轴承油位过低时，油槽浮子继电器动作，监控报“轴承油位低”信号。运行值班员应立即检查油槽油位是否正常，以判断浮子继电器有无误动作；如油位偏低，则进一步检查油槽是否漏油、排油阀是否密闭等。若未发现异常情况，应立即设法往油槽添加合格透平油至正常位置，并监视轴承运行中有无甩油，如确认为甩油造成的，待机组检修时处理。3、轴承温度高轴承温度高时，监控系统报“轴承温度越上限”信号。运行值班人员应立即检查轴承冷却系统的工作情况：水流是否畅通，水压是否正常；轴承油位、油色是否正常；要查明原因，对症处理。如轴承温度高系机组摆度过大所致，应立即检查机组是否在振动区运行，迅速调整负荷，避开振动区；若调整负荷后，机组摆度仍然较大时，应立即汇报，停机处理。水轮发电机组异常运行及处理4、机组运行中冷却水中断发生冷却水中断时，示流继电器动作，监控报“冷却水中断”信号。运行值班人员应立即检查过滤器前后水压表有无指示，确认是否是滤水器堵塞造成，可采用对滤水器排污的办法处理。若非上述原因，应检查冷却水系统阀门是否被误关，冷却水电磁阀是否因油压不够而关闭，电磁阀阀芯有无脱落，引水管有无破裂及其它原因引起大量漏水。查明故障原因后加以处理，机组可继续运行。思考题：1、压油装置备用泵启动故障处理2、漏油箱油位过高故障处理二、水力机械事故及处理1、机组过速机组过速经常发生在机组甩负荷时。发生机组过速时，转速继电器动作，监控报“机组转速大于115％”“机组转速大于140％”信号；机组声音突变呈高速运转声响；当过速到达事故停机电磁阀动作整定值时，停机电磁阀动作关闭快闸。运行人员应立即监视自动停机过程水轮发电机组异常运行及处理停机后，查明引起机组过速事故的原因及甩负荷所造成的机械损伤，并向相关领导汇报后，将机组恢复至备用，为下次开机作准备。2、压力油槽事故低油压机组在运行中发生事故低油压时，监控报“机组油压过低”信号；机组运行声音变化；导叶全关；机组转速下降；压油槽油压低于事故低油压，事故停机电磁阀动作停机。运行值班人员应监控机组停机过程；检查压油装置油泵的交、直流电源及油泵、油泵电机是否正常；查明原因，待事故消除后，将机组恢复备用，为下次开机作准备。思考：轴承稳定过高事故处理讲解结束谢谢大家！结束