摘要： 超期服役水輪發(fā)電機(jī)組繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行可能存在安全隱患，必須對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)估。以葛洲壩水電站為例，對(duì)超期服役的水輪發(fā)電機(jī)組開展了安全評(píng)估工作。結(jié)果表明：① 通過分析現(xiàn)有超期服役水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的基本情況，提出了開展安全評(píng)估的工作范圍、方法和準(zhǔn)則;② 通過采取現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查評(píng)估、試驗(yàn)檢測(cè)、數(shù)值計(jì)算(關(guān)鍵部件剛強(qiáng)度分析與疲勞強(qiáng)度計(jì)算)和綜合評(píng)估的方法，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)狀、性能等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和分析，根據(jù)分析結(jié)果，可以評(píng)估出超期服役水輪發(fā)電機(jī)組的剩余壽命，在此基礎(chǔ)上，可以給出相關(guān)的改造建議和改造方案。研究成果可為類似電站水輪發(fā)電機(jī)組的安全評(píng)估提供借鑒。

　　關(guān) 鍵 詞： 水輪發(fā)電機(jī)組; 超期服役; 安全評(píng)估; 壽命預(yù)測(cè); 葛洲壩水電站

　　0 引 言

　　水輪發(fā)電機(jī)組的壽命評(píng)估是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)等大型設(shè)備歷經(jīng)數(shù)萬小時(shí)的運(yùn)行，實(shí)際上就是長(zhǎng)期的熱處理或者高強(qiáng)度的負(fù)荷試驗(yàn);材料老化、疲勞破壞、絕緣介質(zhì)損耗、局部放電量增大等問題是高溫、高壓、脈動(dòng)壓力長(zhǎng)期作用的必然結(jié)果[1-3]。尤其是對(duì)于部分超期服役的水輪發(fā)電機(jī)組而言，老化問題日益突出，隨意延長(zhǎng)壽命運(yùn)行依據(jù)不足，風(fēng)險(xiǎn)性很大。因此，如何科學(xué)地評(píng)估超期服役水輪發(fā)電機(jī)組的剩余壽命，保證超期服役水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備的繼續(xù)安全運(yùn)行是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題[4-5]。現(xiàn)階段，針對(duì)火電機(jī)組，有較多關(guān)于機(jī)組安全評(píng)估的規(guī)范及文獻(xiàn)，針對(duì)機(jī)組重要部件，有著較為詳細(xì)的疲勞損傷機(jī)制和疲勞壽命計(jì)算方法的介紹[6-8];而關(guān)于水輪發(fā)電機(jī)組安全評(píng)估與延壽運(yùn)行領(lǐng)域，尚沒有明確的技術(shù)規(guī)范和相關(guān)導(dǎo)則。本文以葛洲壩水電站為例，參照火電機(jī)組延壽評(píng)估方法[9]，在超期服役水輪發(fā)電機(jī)組安全評(píng)估與延壽運(yùn)行領(lǐng)域開展一些探索。

　　1 水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀

　　葛洲壩水電站共裝設(shè)有2臺(tái)170 MW機(jī)組和19臺(tái)125 MW機(jī)組，自投產(chǎn)以來，水輪發(fā)電機(jī)組及其電氣、機(jī)械附屬設(shè)備已連續(xù)運(yùn)行了30多年，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)均在6 000 h以上，基本上已經(jīng)到了設(shè)備設(shè)計(jì)壽命期。因此，按照國(guó)家規(guī)定，必須進(jìn)行相應(yīng)的超期服役延壽運(yùn)行方面的安全評(píng)估。

　　葛洲壩水電站170 MW機(jī)組連續(xù)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，機(jī)組至今未進(jìn)行相關(guān)改造，而且距上次大修時(shí)間已隔10余年，機(jī)組部件明顯老化[10]。同時(shí)，由于170 MW機(jī)組當(dāng)時(shí)為試驗(yàn)性機(jī)組，在最大水頭27 m附近為限制運(yùn)行區(qū)，機(jī)組運(yùn)行存在高水頭運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、振動(dòng)值超標(biāo)、葉片裂紋及磨蝕、轉(zhuǎn)輪室磨蝕和裂紋、發(fā)電機(jī)定子絕緣性能下降等隱患。

　　葛洲壩水電站125 MW機(jī)組隨著運(yùn)行年限的增加，存在著設(shè)備老化、效益降低等現(xiàn)象。其中，15臺(tái)機(jī)組的發(fā)電機(jī)和19臺(tái)機(jī)組的水輪機(jī)近期已完成了增容改造，而且保持著良好的滾動(dòng)檢修狀態(tài)。改造工程完成后，機(jī)組的主要參數(shù)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，空化性能、熱穩(wěn)定性能、能量性能等均良好，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期目的和要求[11-12]。

　　2 安全評(píng)估方法和準(zhǔn)則

　　目前水電行業(yè)內(nèi)，尚沒有明確的機(jī)組超期運(yùn)行安全評(píng)估技術(shù)方面的要求。根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)，以及根據(jù)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行的分析，水輪發(fā)電機(jī)組安全及壽命評(píng)估主要是對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的重要關(guān)鍵部件及設(shè)備進(jìn)行評(píng)估檢測(cè)。其中，水輪機(jī)的評(píng)估部件包括轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉、導(dǎo)軸承、大軸、蝸殼、尾水管、調(diào)速系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)部件及其預(yù)埋部件;發(fā)電機(jī)的評(píng)估部件包括定子、轉(zhuǎn)子、推力軸承、導(dǎo)軸承、大軸和勵(lì)磁系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)部件及其預(yù)埋部件等[13-15]。

　　對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組超期服役安全評(píng)估及其剩余壽命預(yù)測(cè)，主要是采取現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查評(píng)估(包括實(shí)地檢查和查閱資料2種方式)、結(jié)構(gòu)部件檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)綜合性能試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算(關(guān)鍵部件剛強(qiáng)度分析與疲勞強(qiáng)度計(jì)算)以及綜合評(píng)估的方式。

　　3 水輪發(fā)電機(jī)組評(píng)估細(xì)則及結(jié)果

　　3.1 外觀檢查評(píng)估細(xì)則及結(jié)果

　　外觀檢查評(píng)估主要是通過對(duì)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢查和查閱運(yùn)行日志、檢修記錄、試驗(yàn)記錄、技改資料等相關(guān)資料，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組主要部件進(jìn)行外觀檢查，主要包括對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、水導(dǎo)軸承、接力器、受油器、頂蓋、底環(huán)和導(dǎo)葉、蝸殼及尾水管進(jìn)人門、發(fā)電機(jī)上機(jī)架及機(jī)座、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架(包括磁極及磁軛)、發(fā)電機(jī)推力支架、發(fā)電機(jī)各軸承油槽、發(fā)電機(jī)制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)防飛逸保護(hù)裝置等部件。具體試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目如表1所列。

　　經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查，未見機(jī)組有明顯缺陷，焊縫部件焊縫完整，部件外觀未見明顯的銹跡、污物、裂紋，未見不正常噪聲、撞擊聲和振動(dòng)聲等;通過現(xiàn)場(chǎng)外觀檢測(cè)及查閱電站運(yùn)行日志、檢修日志等，表明各機(jī)組運(yùn)行狀況基本良好。

　　3.2 試驗(yàn)檢測(cè)

　　試驗(yàn)檢測(cè)主要針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組主要設(shè)備開展例行和專項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)工作，通過分析試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，獲取各設(shè)備設(shè)施的性能狀況。水輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)主要包括：水輪機(jī)開停機(jī)狀態(tài)性能檢測(cè)、水輪機(jī)能量特性檢測(cè)試驗(yàn)、水輪機(jī)關(guān)鍵部件應(yīng)力檢測(cè)、水輪機(jī)關(guān)鍵部件無損探傷檢測(cè)等。發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)主要包括：發(fā)電機(jī)主要參數(shù)檢測(cè)、發(fā)電機(jī)通風(fēng)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)關(guān)鍵部件應(yīng)力檢測(cè)、發(fā)電機(jī)關(guān)鍵部件無損探傷檢測(cè)等。機(jī)組具體試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目如表2所列。

　　通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)3臺(tái)機(jī)組進(jìn)行停機(jī)狀態(tài)抽檢、開停機(jī)試驗(yàn)，并查閱了電站在機(jī)組擴(kuò)容改造及缺陷處理時(shí)的試驗(yàn)日志，結(jié)果表明：主軸、導(dǎo)葉連桿、支持蓋及螺栓、轉(zhuǎn)輪、主軸密封、水導(dǎo)軸承(除油箱)、錐體下環(huán)、軸及連接螺栓、轉(zhuǎn)子支架及緊固螺栓、上端軸緊固螺栓、推力支架、上機(jī)架與定子機(jī)座等施測(cè)部件均未發(fā)現(xiàn)裂紋或其他類型的超標(biāo)缺陷;同時(shí)轉(zhuǎn)輪、主軸、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、推力支架、定子、機(jī)架等部件受力工作狀態(tài)正常，表明機(jī)組工作狀態(tài)正常，滿足規(guī)范要求。

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