摘要： 超期服役水輪發(fā)電機組繼續(xù)穩(wěn)定運行可能存在安全隱患，必須對其進行安全評估。以葛洲壩水電站為例，對超期服役的水輪發(fā)電機組開展了安全評估工作。結(jié)果表明：① 通過分析現(xiàn)有超期服役水輪發(fā)電機組運行的基本情況，提出了開展安全評估的工作范圍、方法和準(zhǔn)則;② 通過采取現(xiàn)場外觀檢查評估、試驗檢測、數(shù)值計算(關(guān)鍵部件剛強度分析與疲勞強度計算)和綜合評估的方法，對水輪發(fā)電機組的現(xiàn)狀、性能等指標(biāo)進行檢測和分析，根據(jù)分析結(jié)果，可以評估出超期服役水輪發(fā)電機組的剩余壽命，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)電機組的安全評估提供借鑒。

　　關(guān) 鍵 詞： 水輪發(fā)電機組; 超期服役; 安全評估; 壽命預(yù)測; 葛洲壩水電站

　　0 引 言

　　水輪發(fā)電機組的壽命評估是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，發(fā)電機、水輪機等大型設(shè)備歷經(jīng)數(shù)萬小時的運行，實際上就是長期的熱處理或者高強度的負(fù)荷試驗;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、脈動壓力長期作用的必然結(jié)果[1-3]。尤其是對于部分超期服役的水輪發(fā)電機組而言，老化問題日益突出，隨意延長壽命運行依據(jù)不足，風(fēng)險性很大。因此，如何科學(xué)地評估超期服役水輪發(fā)電機組的剩余壽命，保證超期服役水輪發(fā)電機組設(shè)備的繼續(xù)安全運行是一個亟待解決的關(guān)鍵問題[4-5]?，F(xiàn)階段，針對火電機組，有較多關(guān)于機組安全評估的規(guī)范及文獻，針對機組重要部件，有著較為詳細(xì)的疲勞損傷機制和疲勞壽命計算方法的介紹[6-8];而關(guān)于水輪發(fā)電機組安全評估與延壽運行領(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，參照火電機組延壽評估方法[9]，在超期服役水輪發(fā)電機組安全評估與延壽運行領(lǐng)域開展一些探索。

　　1 水輪發(fā)電機組運行現(xiàn)狀

　　葛洲壩水電站共裝設(shè)有2臺170 MW機組和19臺125 MW機組，自投產(chǎn)以來，水輪發(fā)電機組及其電氣、機械附屬設(shè)備已連續(xù)運行了30多年，年運行小時數(shù)均在6 000 h以上，基本上已經(jīng)到了設(shè)備設(shè)計壽命期。因此，按照國家規(guī)定，必須進行相應(yīng)的超期服役延壽運行方面的安全評估。

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

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

　　2 安全評估方法和準(zhǔn)則

　　目前水電行業(yè)內(nèi)，尚沒有明確的機組超期運行安全評估技術(shù)方面的要求。根據(jù)水輪發(fā)電機組的特點，以及根據(jù)對水輪發(fā)電機組風(fēng)險源進行的分析，水輪發(fā)電機組安全及壽命評估主要是對水輪發(fā)電機組的重要關(guān)鍵部件及設(shè)備進行評估檢測。其中，水輪機的評估部件包括轉(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)電機的評估部件包括定子、轉(zhuǎn)子、推力軸承、導(dǎo)軸承、大軸和勵磁系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)部件及其預(yù)埋部件等[13-15]。

　　對于水輪發(fā)電機組超期服役安全評估及其剩余壽命預(yù)測，主要是采取現(xiàn)場外觀檢查評估(包括實地檢查和查閱資料2種方式)、結(jié)構(gòu)部件檢測、現(xiàn)場綜合性能試驗、數(shù)值計算(關(guān)鍵部件剛強度分析與疲勞強度計算)以及綜合評估的方式。

　　3 水輪發(fā)電機組評估細(xì)則及結(jié)果

　　3.1 外觀檢查評估細(xì)則及結(jié)果

　　外觀檢查評估主要是通過對設(shè)備的現(xiàn)場檢查和查閱運行日志、檢修記錄、試驗記錄、技改資料等相關(guān)資料，對水輪發(fā)電機組主要部件進行外觀檢查，主要包括對水輪機轉(zhuǎn)輪、水導(dǎo)軸承、接力器、受油器、頂蓋、底環(huán)和導(dǎo)葉、蝸殼及尾水管進人門、發(fā)電機上機架及機座、發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架(包括磁極及磁軛)、發(fā)電機推力支架、發(fā)電機各軸承油槽、發(fā)電機制動器、發(fā)電機防飛逸保護裝置等部件。具體試驗檢測項目如表1所列。

　　經(jīng)過現(xiàn)場外觀檢查，未見機組有明顯缺陷，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、撞擊聲和振動聲等;通過現(xiàn)場外觀檢測及查閱電站運行日志、檢修日志等，表明各機組運行狀況基本良好。

　　3.2 試驗檢測

　　試驗檢測主要針對水輪發(fā)電機組主要設(shè)備開展例行和專項試驗檢測工作，通過分析試驗檢測數(shù)據(jù)，獲取各設(shè)備設(shè)施的性能狀況。水輪機現(xiàn)場試驗檢測主要包括：水輪機開停機狀態(tài)性能檢測、水輪機能量特性檢測試驗、水輪機關(guān)鍵部件應(yīng)力檢測、水輪機關(guān)鍵部件無損探傷檢測等。發(fā)電機現(xiàn)場試驗檢測主要包括：發(fā)電機主要參數(shù)檢測、發(fā)電機通風(fēng)試驗、發(fā)電機關(guān)鍵部件應(yīng)力檢測、發(fā)電機關(guān)鍵部件無損探傷檢測等。機組具體試驗檢測項目如表2所列。

　　通過現(xiàn)場對3臺機組進行停機狀態(tài)抽檢、開停機試驗，并查閱了電站在機組擴容改造及缺陷處理時的試驗日志，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、上機架與定子機座等施測部件均未發(fā)現(xiàn)裂紋或其他類型的超標(biāo)缺陷;同時轉(zhuǎn)輪、主軸、導(dǎo)水機構(gòu)、推力支架、定子、機架等部件受力工作狀態(tài)正常，表明機組工作狀態(tài)正常，滿足規(guī)范要求。

　　推薦閱讀：發(fā)電裝置申請專利該怎么做