水轮发电机组制动器故障原因及处理分析

水轮发电机组制动器故障原因及处理分析

李爱慧

哈尔滨电机厂有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150000

摘要：对于水电站来说，水轮发电机组的运行十分关键，整个机组的正常运行关系到整个水电站的运行正常，为了确保水电站能够稳定运行，相关管理人员会对发电机组的各个组成部分进行定期的维护和保养，制动器也不例外。制动器是水轮发电机组中非常重要的组成部分，为了保证水电站可以24小时的运行，制动器也要保证24小时不停的工作，高负荷的工作状态增加了故障的发生概率，虽然进行定期的维护和保养，但是在运行过程中难免发生故障，故障的发生使得整个运行过程都存在极大的危险性，如果不能及时的解决，最初的潜在危险也会逐渐扩大，以至于威胁到工作人员以及机组的安全性。水轮发电机组制动器可能出现的问题有许多，随着机组使用时长的不断延长，这些问题也会逐渐变得更加严重，最后影响制动器的使用寿命。水轮发电机组制动器故障非常多，当故障发生时要对故障的发生原因以及故障类型进行分析，然后针对分析结果对故障进行有效的解决，维护水轮发电机组的正常运行，因此深入研究水轮发电机组制动器故障分析及处理具有极高的现实意义。

关键词：水轮发电机组；制动器故障；原因；处理

1发电机组制动器结构原理

二滩水电站发电机型号为SF550-42/12782,布置形式为立轴半伞式。水轮发电机组的制动采用机械制动方式,24个制动器分四组对称安装在下机架支腿上以±X、±Y四方向定位,各方向布置一组(6台)制动器,内外侧各布置3台;制动环板分2排、共100块,布置在发电机转子下方,材质为Q235-A。另外,检修时在发电机制动系统管道内部通高油压,制动器还起到顶起装置的作用,将水轮发电机组的转动部分顶起并锁锭,以方便对发电机推力瓦进行检修维护等。

其为双缸结构,电站按机组俯视顺时针运行方向给每台制动器缸体编号为#1、#2活塞缸,下部单向进气、弹簧复位。在制动器活塞上设有一道组合式U型动密封,材料为丁氰橡胶,用于阻挡活塞下腔介质进入上腔。活塞缸底部设有一道O型静密封,橡胶材料,用于防止活塞内的介质向外渗漏。活塞缸上部压板内孔装有铜制的抗磨环,铜环内装有一个防尘圈,防尘圈由软毛毡材料制成,用于防止外部粉尘等异物进入活塞上腔。在活塞缸的上部外侧装有一个呼吸器,活塞动作时,上腔的气体经呼吸器排出、吸入,使活塞动作顺畅。在活塞体上部装有一个预压紧的弹簧,活塞上移时,弹簧再次被压缩储能,活塞下腔撤压后弹簧在回复力的作用下将活塞下压。在闸瓦托板的对角位置安装有两个φ37mm导向柱,其作用是在制动时限制闸板、弹簧等部件在制动摩擦倾覆力矩作用下的过度倾斜;并在制动器起落时引导其起落轨迹、调整活塞不同步时的偏差。活塞顶部的螺栓将闸瓦托板与其紧密联结,使闸瓦随活塞同步上下运动。制动器恢复下落的驱动力来自活塞自重、活塞顶部连接件的重量和受压弹簧的回复力的联合作用。

2水轮发电机组机械制动系统故障以及处理措施

2.1活塞憋卡不能复位，密封破损、漏气、漏油

制动器的工作原理是活塞原理。基于这种工作原理，制动器在工作的过程中产生的气体中会含有一定的粉尘颗粒以及水分，这种气体反而会对内壁造成不同程度的损伤，使得内壁的完整性受到影响，严重影响了内部的密封性，极大程度上增加了漏油或者漏气的发生概率。对于这种情况的解决方法有以下三种：（1）采用注入压力油的方式对制动器进行润滑，然后在利用气压反复和撤闸促使活塞复位。但是这种方式也存在一定的缺陷，就是作用的时间十分有限，只能维持很短的时间，稳定性和可靠性都相对较差，不能彻底的解决活塞不能复位的问题。（2）将制动器从机组中取出，然后进行相应的分解维修，除了要对制动器的内壁进行修复之外，还要更换新的密封圈，然后对制动器进行相应的测试，测试结果显示正常之后再将制动器安装到机组当中。这种方式的缺点在于一旦制动器取出，整个系统就要被迫停止。非计划停运会对系统中的其他设备造成影响，其他设备的使用寿命大幅度下降。

2.2粉尘污染

制动系统在工作的时候会产生粉尘的主要原因在于工作过程中整个系统会与制动块发生摩擦，从而出现粉尘。粉尘在出现之后会随着风的循环进入到机组的内部，甚至堆积到通风道，影响通风设备的冷却效果，导致整个系统工作过程中很容易出现过热的情况。对于工作人员来说，粉尘还会威胁到工作人员的身体健康，引发尘肺。部分商家为了增加产品自身的美观性，在制动器的表面会涂抹一定量的油，这些涂料中还存在硫磺，这种制动器工作过程中产生的粉尘中也会存在硫磺，严重影响工作人员的健康。为了降低粉尘的危害，往往会安装吸尘器，从而有效的降低粉尘量，并且还减少了粉尘对工作人员造成的危害。

2.3制动块破损和磨损

制动块出现破损和磨损情况的原因是因为托板和制动块坚固螺丝由制动过程产生振动造成松动跳越。除此之外，活塞憋卡与制动环接触不均匀产生撞击及摩擦产生过热，制动的过程中机组转动产生的波动等不对称力矩作用也会使得制动块出现破损或者磨损的情况。从造成问题的原因入手解决这个问题，针对第一个原因，应该更换更为耐磨的制动块，可以减少震动的发生。针对第二个原因，对制动块进行有效的控制，使得托板和制动块接触相对均匀，不会产生不对称力矩。

3水轮发电机组电气制动系统故障以及处理措施

3.1混合制动停机未投机械制动

某水电站将水轮发电机吸出高度在设置的时候数值为正值，如果处于下游位置的水位出现偏低的情况，机组在停机的时候，转速很难下降到机械制动设定的标准值，导致机组停机时间相对延长或者是完全跳过了停机这个环节，导致整个机组设备的安全性相对较低，水电站的正常运行也会受到影响。为了进一步调查问题的出现原因，故障修理人员对整个机组的流程进行全面的检查，通过调查发现在投入电气制动的时候，60%至15%转速时间都在80s左右，但是在机组停机的时候，时间高达120s以上，即使机组的转速下降到0，机械制动还没有投入。再加上吸出高度设置的是正值，当尾水位发生变化的时候，机组的停机时间也会受到影响。针对这种情况，维修人员对整个机组的制动流程进行了优化。通过相应的设定，使得转速在35%以上的时候不需要投入机械制动，而如果转速没有达到35%的时候，就需要投入机械制动，保证机组可以正常的停机，使得机组设备的稳定性和水电站的正常运行都不会受到影响。

3.2电制动过程中负序过负荷保护动作

负序电流的存在需要依托于其他的电气设备，如果其他的电气设备运行出现异常，负序滤波器受到影响，负序电流就会出现异常，从而出现保护动作。为了有效的解决这个问题，在投制动时闭锁掉会发生误动的保护，可以保护负序电流，还能通过引入制动状态继电器接点进行闭锁。

结论

通过对气系统的环境的治理,使压缩空气质量大为提高,制动器已经不再出现锈蚀现象。现在使用的新型GZD制动器,动作灵活,活塞密封使用的高级丁腈耐油橡胶,持久耐用。特别是采用非金属无石棉制动闸块,它磨损小,极少产生粉尘,无环境污染,消除了石棉粉尘致癌物对人体的危害,保障了人体健康。

参考文献：

[1]何燕玲.水轮发电机机械制动装置存在的问题及改进[J].科学技术创新，2018,11(23):152-153.

[2]王焕，程玺.水轮发电机组电制动失败原因分析及改进措施[J].科技尚品，2018,10(9):48-49.