灯泡贯流机组径向导轴承烧瓦事故分析与处理

２００８．№１　大电机技术　灯泡贯流机组径向导轴承烧瓦事故分析与处理　李友松　（广西昭平水电厂，广西贺州５４６８００）　［摘要］　下福电厂　机组在初期运行过程中，先后发生了两次发电机径向导轴承烧瓦事故，主要原因是低转　速运行造成油膜无法正常建立，油液中含有杂质颗粒，轴瓦间隙配合不合理等。针对性地采取了一系列措施：　保证高压顶起系统正常工作，杜绝机组低转速运行时间过长，保证油质，选取合理的轴瓦间隙，保证工作面光　洁度，完善瓦温预警系统等。成功地处理了烧瓦问题，现机组已安全连续运行近９个月，运行情况良好。　［关键词］灯泡贯流机组；径向轴瓦烧瓦；故障分析　【中图分类号】ＴＭ３１　【文献标识码】Ｂ　ｆ文章编号】１０００—３９８３（２００８）０１—００１３—０３　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｈａｎｄｌｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｂｕｒｎｔ—ｂｕｓｈ　ｏｆ　Ｒａｄｉａｌ　Ｇｕｉｄｅ　Ｂｅａｒｉｎｇ　ｉｎ　Ｂｕｌｂ　Ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　Ｕｎｉｔ　ＬＩＹｏｕ—ｓｏｎｇ　（Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｚｈａｏｐｉｎｇ　Ｈｙｄｒｏ—ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ，Ｈｅｚｈｏｕ　５４６８００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒａｄｉａｌ　ｇｕｉｄｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｂｕｓｈ．ｂｕｒｎｔ　ｆａｕｌｔ　ｔｏｏｋ　ｐｌａｃｅ　ｔｗｉｃｅ　ｉｎ　Ｎｏ．２　ｕｎｉｔ　ｏｆ　Ｘｉａ．ｆｕ　ｈｙｄｒ￣ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｅｒｉｏｄ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅａｓｏｎｓ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｔｏ　ｂｎｉｌｄ　ｕｐ　ｏｉｌ．ｆｉｌｍ　ａｔ　ｌｏｗ　ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅ　ｉｍｐｕｒｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｉｌ，ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｂｕｓｈ　ｃｌｅａｒａｎｃｅ　ｅｔｃ．Ｔｈｅ　ｂｕｓｈ—ｂｕｒｎｔ　ｆａｕｌｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｂｙ　ｔａｋｉｎｇ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ　ｎｏｒｍａｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｇｈ—ｐｒｈｅｓｓｕｒｅ　ｊａｃｋｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｖｏｉｄｉｎｇ　ｌｏｎｇ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｔ　ｌｏｗ　ｓｐｅｅｄ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｏｉｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｂｕｓｈ　ｃｌｅａｒａｎｃｅ　ｅｔｃ．Ｔｈｅ　ｕｎｉｔ　ｈａｓ　ｏｐｅｒａｔｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ａｂｏｕｔ　９　ｍｏｎｔｈｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｕｌｂ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｕｎｉｔ；ｒａｄｉａｌ　ｇｕｉｄｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｂｕｓｈ—ｂｕｒｎｔ　ｆａｕｌｔ；ｆａｕｌｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　１问题提出　下福电厂位于广西桂江中游，电站总装机容量为　３×１６．５ＭＷ，三台灯泡贯流式水轮发电机组，额定水头　为９ｍ，机组为二导形式。发电机轴承集正反推力轴承　１拌、２拌测温表接线拆除，交换对接，测温表读数基本　不变，证实径向轴承测温表计正常。　（３）对径向轴承润滑油流量计进行检查，流量计　工作正常。可证明轴承润滑油量充足，不存在轴承缺油。　和径向轴承为一体，为组合式轴承。　２００６年６月１日，２样机组带１３ＭＷ负荷运行，电　网发生事故，机组甩去全部负荷，重锤保护动作，出　口开关分闸，厂用电消失。重锤保护动作后，导叶关　闭到５％开度时停止，导叶关不下去，此时测速装置显　示频率２９Ｈｚ。由于无法在上位机对重锤进行复归操　排除以上因素后，在原供油量基础上加大轴承供　油量，现场开机，机组起动后，测温表读数缓缓上升，　约３０～４０ｓ后，温度上升速度加快，约１０ｓ后，温度值　由最初的３３．６℃上升到５２℃，立即事故停机，１样最大　值达到８４．７℃，２样最大值达８７．０＂Ｃ。至此判定发电机　径向轴承发生了损坏。　作，只有跑到重锤保护装置现场手动复归，重锤复归　后，导叶随即关闭到零位。恢复厂用电后，检查２样机　各部无异，在上位机发２样机组空载命令。机组达到额　２问题分析　拆开径向瓦检查，上半瓦基本上没有损伤，只顶部　有少量光亮磨削痕迹，而下半瓦烧毁严重，整个下半瓦　面约８０％一９０％的面积都已烧毁，瓦面上布满了沿旋转　定转速后５ｒａｉｎ，２样机组径向轴瓦温度过高事故停机。　径向轴承１样瓦温为７２℃，２样瓦温为８０℃。　事故后对轴承进行了检查。　（１）测量径向轴承测温电阻阻值，１｝｝为１１４Ｑ，　２样为１　１５Ｑ。测量水导轴承同类型的两个测温电阻阻值　为：１１４Ｑ与１１６Ｑ，证实径向轴承测温电阻正常。　方向放射的沟槽状伤痕，巴氏合金成条状、片状脱落，　形成手工锯条大小形状的条形物，在水平方向两侧以下　约１５。形成了厚约１—２ｍｍ的瓦屑堆积层，瓦底部三个　高压油顶起小孔出口处约１ｍｍ深的方形凹槽已全部被　刮平，ｓＪ，￣Ｌ被封死，这也验证了拆瓦时用超过正常工作　４０％的高压油顶起压力也顶不起大轴的事实。　（２）将径向轴承１样、２｝｝测温表接线与水导轴承　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｉ４　灯泡贯流机组径向导轴承烧瓦事故分析与处理　２００８．№１　２．１原因分析　综合以上原因分析，认为机组无高压油顶起低转　（１）机组在无高压油顶起投入的情况下低转速运　行　速运行是造成烧瓦的直接原因。由于高压油顶起不能　投入使用，低转速运行过程中，轴瓦润滑油膜不能有　效建立，机组轴瓦处于半干摩擦与干摩擦的非液体润　滑状态，短时间内便会导致烧瓦，而其他原因是次要　２｛Ｉ≠机组甩负荷转速达到１６５％ｎ￣时，重锤保护动作，　厂用电消失，高压油顶起装置无法投入，由于重锤保　护装置等原因导致导叶还有５％左右的开度关闭不下　因素，因为烧瓦之前机组已经过了几个月的正常运行，　现场也找不到明显的证据。决定采用备用轴瓦进行抢　修更换。　去，现场模拟实测，机组在２９Ｈｚ的低转速下运行了大　约３ｍｉｎ。低转速运行过程中，轴瓦润滑油膜不能有效　建立而导致烧瓦。由于测温屏工作电源消失，无法观　测到当时瓦温。按照推理，当时径向轴承１＃、２＃测温　表显示温度已经较高。　（２）轴承润滑油中断或供油量不足　查报警记录，有高位油箱事故低油位报警信号，　由于厂用电消失，低位油箱油泵无法起动向高位油箱　供油，高位油箱油位逐渐下降，油位低于报警低油位　后，导致润滑油供油流量不足或中断。对轴承润滑油　循环系统进行分析，正常开机轴承润滑油动态平衡状　态下，油泵打油时间为６分钟２０秒，停止时间为２分　钟。假定当时高位油箱油位正好下降到油泵起动油位，　事故处理将近３ｍｉｎ，即低速运转３ｍｉｎ，这段时间内，　高位油箱油位是在起动油位以下甚至降到事故低油位　以下，这与上位机高位油箱报警信号是一致的，即机　组在轴承无油或少油状态之下低转速运转。　（３）同类机组对比　查２＃机径向轴承瓦温历史记录，在同等条件下，　２＃机径向轴承瓦温读数比１＃机相应的高４～５℃。　（４）机组运行中历史事故留下的隐患　机组投运近两个月时间内，由于电网问题等原　因发生机组甩负荷事故停机导致厂用电消失的事故为　３次，它们的共同点是事故停机过程中高压油顶起均无　法投入，对机组轴承也会产生一定的损伤。　（５）机组试运行期间剧烈振动埋下的隐患　在　机组７２ｈ试运转期间，当机组带负荷到　ｌｌＭＷ时，曾发生过两次转轮叶片与转轮室碰撞事件。　当时机组振动与声响异常，停机对转轮室进行了打磨，　之后开机仍发生第二次碰撞，此次拆卸转轮室上半部　分，对转轮叶片进行打磨处理。为了尽快投入机组发　电，并没有对机组的健康水平进行深层次的分析与研　究。碰撞事件的产生，对机组整体的损害可能会波及　到轴承的正常工作，埋下了隐患。　（６）润滑油液被污染导致瓦温升高　可能油液中杂质较多，或大颗粒杂质进入了发电机　径向轴承工作面，引起轴瓦损伤，而导致轴瓦温度上升。　３处理方案　按常规大修处理方式，必须吊出大轴进行发电机　径向轴承检修处理，此方式耗费大量人力、物力与时　间，时值发电黄金季节，该方案电量损失太大。决定　采用机坑现场拆卸检修方法，该方案优点是：抢修时　间较短，可避免大量电量损失。缺点是工作场地狭窄，　施工难度很大。　抢修工作于２００６年７月１１日完成。开机空转，　径向瓦温初始值为３４．６＂Ｃ与３５．０＊Ｃ，１０ｍｉｎ读数为　３６．６℃与３６．８℃，３０ｍｉｎ读数为４２．９℃与４２．１℃。４５ｒａｉｎ　时，径向瓦突然瓦温很快升高，大约在２０多秒钟内便　上升到５０￣Ｃ以上，手动事故停机。最大值达到７９．４℃。　事后进行了详细检查，高压油顶起及轴承润滑油　等正常。打开径向瓦上游侧轴承盖，发现有少量粉末　状巴氏合金瓦屑，塞尺测量径向瓦上游侧上部间隙为　１．１ｍｍ。　第二次拆出径向瓦，瓦面伤痕与第一次类同，不　同之处在于烧毁的面积，第二次瓦面烧毁集中在下半　瓦靠上游侧，宽度约占瓦总宽度的１／５～１／４，只有一　个高压油顶起小孔被磨削堵死。　再次发生烧瓦，而且是在空载正常运行过程中发　生，情况异于第一次烧瓦，如不找出真正的原因，２＃　机组无法保证安全运行。各方代表对轴承润滑油系统　也进行了检查，油质符合要求。对径向瓦与主轴配合　间隙及轴瓦与主轴清洁度进行分析，径向瓦与主轴配　合双边间隙设计值为０．６００～０．７４６ｍｍ，而三台机主轴　加工尺寸有差别，１＃机组与３　组主轴尺寸基本相同，　主轴与１＃、３＃主轴相差较大，而备用瓦是按１＃、３择　主轴配制的，详见表ｌ。　表　１　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００８．№１　大电机技术　１５　备用瓦更换后，实测配合间隙比设计间隙最大值　大０．２３４ｍｍ，间隙过大，径向轴承处形成的油楔梯度　发生变化，压力油膜承载能力下降，压力油膜不稳定，　稍遇干扰就会破坏油膜形成。现场检查主轴表面光洁　增加直流电源供电。在高压油顶起装置与低位油箱系　统中各增加一组直流油泵电动组，交直流电机互为备　用，一旦交流电中断，直流电机自动投入运行。如此　可以保证高压油顶起装置正常工作，保证轴承润滑油　供油正常，保证轴承安全。　（３）重新选择调速器调节特性参数。　对调速器调节特性参数进行试验与选择，使调速　度较差，可明显看到银白色的瓦屑粉末，在大轴上形　成银白色与暗灰色相间的环状痕迹。主轴与径向瓦接　触表面清洁度达不到要求，遇干扰振动也会破坏油膜　形成。施工工艺不当也可能引起烧瓦，如压装轴瓦过　程中可能清洁工作不到位，瓦面存在某些颗粒杂质损　器调节性能能满足机组安全运行要求，特别是电网事　故发生时，调速器能将机组稳定下来，使机组可以在　伤瓦面；压装不当造成轴承球面憋劲不灵活，导致瓦　上游侧与轴颈间隙变小或直接接触等。　综合认为主轴与瓦接触表面有杂质或高点，过大　的配合间隙导致最小油膜厚度变小，承载力下降，轴　瓦产生局部损伤，该处得不到充分润滑，产生局部发　热，油温上升，油粘度下降，引起油膜厚度进一步变　小，形成恶性循环。在某一时段，油膜破坏而不足以　支持机组转动重量，成半干摩擦与干摩擦状态，轴承　在非液体润滑状态下运行，温度迅速上升，烧瓦不可　避免。　处理措施：对轴颈进行处理，使之达到安装要求，　尽快按照２样机大轴实际尺寸与设计间隙配制合适的轴　瓦进行更换。在更换过程中加强安装工艺管理，保证　轴承球面灵活性与轴瓦清洁度；压装轴承保证受力均　匀；做好各部清洁工作；保证轴瓦间隙符合要求等。　第二次检修完成后，开机运行正常，各项试验顺　利完成，至今运行已有９个多月，经过了各种工况的　考验，一直安全稳定运行，证明了原因分析正确，事　故处理成功。　４防范措施　为避免类似烧瓦事故再次发生，采取了一些针对　性的防范措施。　（１）完善厂用电系统，使系统具有高可靠性。　目前厂用电的电源点单一，一旦线路发生事故，　线路开关跳闸，甩去负荷，由于调速系统等各种因素　影响，都会造成机组事故停机，造成厂用电消失的后　果。因此首要的任务是保证厂用电不中断，必须增加　厂用电的外部电源点，经与县网协商，从县网３５ｋＶ系　统引用一路电源到厂用电系统中，一旦厂用电中断，　备自投自动切换装置将厂用电系统自动切换到县网　３５ｋＶ系统取电，保证厂用电正常运行。　（２）改造影响机组运行的重点辅助设备电源。　对高压油顶起、低位油箱、测温屏电源进行改进，　空载或小负荷带厂用电稳定运行，能进行厂用电自保。　（４）对调速测频系统进行改造。　增加齿盘测速装置，与残压电气测频并列工作，　使调速系统能正确采集到机组与网络的准确频率参　数，为调速系统的调节提供准确的技术数据。　（５）完善重锤关闭系统。　重锤应在满足调节保证计算的基础上，能尽快将　导叶关闭，即关闭时间尽量短一些，同时导叶还应该　能关闭到零位，防止产生机组低速运行工况。适当提　高重锤动作转速整定值，即由１６５％ｎ　提升到１７０％ｎ　，　同时增加重锤动作条件为过速条件与主配拒动条件双　重判定。　（６）完善瓦温监测系统　原有的瓦温监测为定时抄录报表与设定报警值，　这些功能对突发性的瓦温事故是无能为力的。当瓦温　超过报警值后机组事故停机，由于瓦温电阻的时间常　数太大，而瓦温上升速度又很迅速，此时轴瓦早已烧　毁。如果采用瓦温上升速率判断系统就能有效地在瓦　温事故早期发现问题，及时停机，避免烧瓦事故的发　生。这种瓦温上升速率早期判断系统在机组监控系统　软、硬件基础上容易实现，即根据环境温度、负荷、　初始瓦温等确定出机组各块瓦在以上条件下应该出现　的瓦温正常运行上升速率，当运行瓦温速率超过该速　度值时，机组迅速停机。　两次烧瓦事故教训深刻，电厂能根据每次烧瓦的　不同情况进行认真分析，找出了真正的原因，同时采　取了一系列针对性防范措施，成功地处理了事故，确　保机组安全稳定运行。　【收稿日期】２００７—０４—０６　［作者简介］　李友松（１９７１。），１９９４年毕业于武汉水利电　力大学水动专业，现从事水电站生产管理工　作，工程师。