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摘要：三板溪电厂#2机因第一节补气管上下法兰、第二节补气管下法兰裂纹及密封老化失效等原因，造成补气管内水渗漏至发电机主轴内，在机组大发期间尾水水位上升时，主轴空腔内水溢至转子中心体内，造成转子中心体绝缘降低。在不进行机组A修将转子吊出情况下，创新提出将大轴补气管中段支承法兰割除，重新设计加工配合法兰搭焊在原支承法兰上的方法，解决补气管法兰配合间隙狭小难拆、难装难题，将裂纹法兰重新加工彻底解决补气管法兰裂纹问题，成功避免2014年对#2机A修。
Abstract： To hydrogenerator unit 2 in Sanban Xi Hydropower Plant， cracks in flanges of the first-section air admission pipe and those in the lower flanges of the second-section one， together with the aging and failure of the seal bring about the leakage of water off the air admission pipe and into the spindle of the generator. Then， when tail level rises during the full-capacity period of the plant， water in the chamber of the spindle spills out into the hydrogenerator rotor hub and leads to the insulation decrease of it. To solve this problem， we creatively put forward to incise the middle-section bearing flanges of the air admission pipe， re-design and re-process the fitting ones， and then overlap weld them on the original bearing flanges. Thus， the problem that it’s difficult for the air-admission-pipe flanges to be dismembered and re-installed due to the small fit clearance is thoroughly solved. By re-processing the cracking flanges， we thoroughly solve the leakage problem and successfully avoid the A-class overhaul of the hydrogenerator unit 2 in the year 2014.
关键词：水轮机 转子中心体 渗水
Keywords： Hydrogenerator;Rotor hub; leakage
0 概述
三板溪电厂位于贵州省黔东南州的清水江上游，装机4×250MW于2006年底全部投产发电。机组水轮机型号为HLA855-LJ-505，机组额定功率256.5MW、额定转速166.67rpm、最大水头156.5m、额定水头128m、最小水头97m，吸出高度-5.92 m。机组补气方式采用自然补气，大轴补气管布置于主轴内，补气管由三节构成，其总长为14.9米，直管段为φ402×15、材质为306不锈钢，直管法兰均采用1Cr18Ni9Ti钢材，其中转子中心体以下为补气管第一、二节，中心体以上为补气管第三节（详见下图）。因补气管与尾水相通，当机组负荷较大尾水水位较高时，补气管内水位将超过转子中心体高程，一旦补气管发生渗水，补气管内水将进入主轴并溢入转子中心体内，造成转子绝缘降低，甚至转子一点、多点接地，造成机组非停或转子损坏等事故的发生。
1 转子中心体渗水情况
5月13日，巡视人员发现#2机风洞内空冷器外表面冷凝水较其它机组明显偏多，测量转子绝缘电阻为160kΩ（正常值为500-650kΩ，报警值为20kΩ，停机值为5 kΩ）。停机检查发现转子中心体内大轴补气管支承法兰处大量渗水，中心体内部積水约3cm深。
2 转子中心渗水原因分析
2.1补气管法兰、焊缝裂纹（详见渗水原因分析图）
为保证补气管整体垂直度及同心度，补气管法兰与直管采用套装焊接、整体车削方式进行加工，此次将大轴补气管整体拆除检查，发现补气管第一节上下法兰、第二节补气管下法兰焊缝均存在较严重的裂纹，部分裂纹接近法兰2/3圈。其原因可能为法兰焊缝残余应力未完全消除，裂纹主要产生在焊缝热影响区。
2.2密封条老化失效（详见渗水原因分析图） 补气管第一、二节连接法兰采用φ4耐油橡胶密封条的角密封，补气管第一节底部法兰座采用φ8耐油橡胶密封条的角密封，检查发现全部密封条均已严重老化变形，且作为密封要求较高的补气管采用角密封型式是为设计缺陷。
3 补气管裂纹处理方法
由于转子中心体渗水发生在5月机组大发期间，采取将渗水部位转子中心体与第二节补气管支撑法兰封闭焊接充填专业堵漏材料，对支撑法兰与第二节补气管配合间隙进行封焊等临时措施，保证了机组正常运行。9月，在不进行机组A修将转子吊出情况下，因主轴内仅30cm宽的狭小施工空间、补气管法兰配合间隙仅0.5mm，要对大轴补气管拆装需克服装配精度高、起吊作业难度高、作业工序复杂等难题，为此专门设计制作大轴补气管攀爬架，创新提出将大轴补气管中段支承法兰割除，重新设计加工配合法兰搭焊在原支承法兰上的方法，解决补气管法兰配合间隙狭小难拆、难装难题，将裂纹法兰重新加工彻底解决补气管法兰裂纹问题。其处理主要步骤如下：
1）拆除补气管底部法兰座，并通过泄水锥内转轮把合面顶部吊点将法兰座固定;
2）制作2根约4米长丁字梯，丁字梯上部、下部均通过挂钩固定，挂钩焊接于大轴内壁，焊接位置应避开水导轴瓦区域;
3）拆除发电机补气阀及顶罩;
4）拆除第三节大轴补气管;
5）用碳弧刨开原第二节补气管上部处焊缝，碳弧起刨点离第二节补气管法兰至少1cm，不得损坏第二节补气管法兰，;
6）将第二节补气管整体起吊，当第一节补气管法兰上升至中心体支撑法兰位置用抱箍将第一节补气管抱住并搁置在支撑法兰上，将第一、二节补气管进行分离;
7）将第一、二节补气管从主轴内分别吊出，并对法兰进行探伤检查;
8）将存在裂纹的第一节补气管上下法兰、第二节补气管下法兰进行割除，并重新进行加工新法兰;
9）重新制作第二节补气管上法兰配合环;
10）将第一、二节补气管连接并回装;
11）回装补气管底部支撑法兰，并与第一节补气管下法兰连接;
12）将第二节补气管上法兰配合环焊接于原支撑法兰上部，保证配合间隙约0.5mm;
13）回装第三节补气管及顶罩。
4 转子中心体渗水防治措施
为保证转子中心体内在补气管发生渗水情况也不会对机组转子绝缘造成影响，同时防止渗水通过转子与主轴连接法兰甩入退离推力轴承油箱，在转子中心体内构建密封腔，保证转子中心体内补气管发生渗水不被甩至转子上。主要方法如下：
1）在转子中心体与大轴连接缝处涂抹乐泰596胶，防止渗水通过转子中心体与大轴把合缝甩至推力油箱;
2）在转子中心体与大轴连接法兰与大轴补气管之间安装铝合金盖板，防止渗水在运行时甩至转子内。盖板由4块构成并设有2个观察窗，盖板外圈通过20个M16*60螺栓与大轴法兰进行连接，并通过密封条进行外圈密封;盖板内圈与大轴补气管通过石墨填料进行密封，填料由16个M8*30螺栓进行压紧;
3）大轴补气管安装2瓣式吊环与盖板内圈进行连接，防止机组转动时盖板振动。（设计示意图如下）
5 结束语
通过此次处理，成功消除#2机大轴补气管裂纹导致转子中心体渗水重大缺陷，有效防止因大轴补气管渗水引发转子绝缘降低造成机组非停事件的发生，成功避免#2机A修，节省维修费用约250万元、设备检测费约100万、备品备件购置费约100万，共计节省投资约450万元，按年设计发电量计算可增发电量约1.25亿kWh，增加發电收入4875万元，提高全厂机组等效可用系数5%，同时也为国内外同类型组补气管渗水检查处理积累了宝贵经验。
参考文献：
[1] 国家能源局.DLT869-2012火力发电厂焊接技术规程[S].北京：中国电力出版社，2012.
[2] 国家发展和改革委员会. JB/T 4730-2005承压设备无损检测[S].北京：新华出版社，2005.
[3] 中华人民共和国国家质量技术监督检验检疫总局[S].北京：中国标准出版社，2003.
Abstract： To hydrogenerator unit 2 in Sanban Xi Hydropower Plant， cracks in flanges of the first-section air admission pipe and those in the lower flanges of the second-section one， together with the aging and failure of the seal bring about the leakage of water off the air admission pipe and into the spindle of the generator. Then， when tail level rises during the full-capacity period of the plant， water in the chamber of the spindle spills out into the hydrogenerator rotor hub and leads to the insulation decrease of it. To solve this problem， we creatively put forward to incise the middle-section bearing flanges of the air admission pipe， re-design and re-process the fitting ones， and then overlap weld them on the original bearing flanges. Thus， the problem that it’s difficult for the air-admission-pipe flanges to be dismembered and re-installed due to the small fit clearance is thoroughly solved. By re-processing the cracking flanges， we thoroughly solve the leakage problem and successfully avoid the A-class overhaul of the hydrogenerator unit 2 in the year 2014.
关键词：水轮机 转子中心体 渗水
Keywords： Hydrogenerator;Rotor hub; leakage
0 概述
三板溪电厂位于贵州省黔东南州的清水江上游，装机4×250MW于2006年底全部投产发电。机组水轮机型号为HLA855-LJ-505，机组额定功率256.5MW、额定转速166.67rpm、最大水头156.5m、额定水头128m、最小水头97m，吸出高度-5.92 m。机组补气方式采用自然补气，大轴补气管布置于主轴内，补气管由三节构成，其总长为14.9米，直管段为φ402×15、材质为306不锈钢，直管法兰均采用1Cr18Ni9Ti钢材，其中转子中心体以下为补气管第一、二节，中心体以上为补气管第三节（详见下图）。因补气管与尾水相通，当机组负荷较大尾水水位较高时，补气管内水位将超过转子中心体高程，一旦补气管发生渗水，补气管内水将进入主轴并溢入转子中心体内，造成转子绝缘降低，甚至转子一点、多点接地，造成机组非停或转子损坏等事故的发生。
1 转子中心体渗水情况
5月13日，巡视人员发现#2机风洞内空冷器外表面冷凝水较其它机组明显偏多，测量转子绝缘电阻为160kΩ（正常值为500-650kΩ，报警值为20kΩ，停机值为5 kΩ）。停机检查发现转子中心体内大轴补气管支承法兰处大量渗水，中心体内部積水约3cm深。
2 转子中心渗水原因分析
2.1补气管法兰、焊缝裂纹（详见渗水原因分析图）
为保证补气管整体垂直度及同心度，补气管法兰与直管采用套装焊接、整体车削方式进行加工，此次将大轴补气管整体拆除检查，发现补气管第一节上下法兰、第二节补气管下法兰焊缝均存在较严重的裂纹，部分裂纹接近法兰2/3圈。其原因可能为法兰焊缝残余应力未完全消除，裂纹主要产生在焊缝热影响区。
2.2密封条老化失效（详见渗水原因分析图） 补气管第一、二节连接法兰采用φ4耐油橡胶密封条的角密封，补气管第一节底部法兰座采用φ8耐油橡胶密封条的角密封，检查发现全部密封条均已严重老化变形，且作为密封要求较高的补气管采用角密封型式是为设计缺陷。
3 补气管裂纹处理方法
由于转子中心体渗水发生在5月机组大发期间，采取将渗水部位转子中心体与第二节补气管支撑法兰封闭焊接充填专业堵漏材料，对支撑法兰与第二节补气管配合间隙进行封焊等临时措施，保证了机组正常运行。9月，在不进行机组A修将转子吊出情况下，因主轴内仅30cm宽的狭小施工空间、补气管法兰配合间隙仅0.5mm，要对大轴补气管拆装需克服装配精度高、起吊作业难度高、作业工序复杂等难题，为此专门设计制作大轴补气管攀爬架，创新提出将大轴补气管中段支承法兰割除，重新设计加工配合法兰搭焊在原支承法兰上的方法，解决补气管法兰配合间隙狭小难拆、难装难题，将裂纹法兰重新加工彻底解决补气管法兰裂纹问题。其处理主要步骤如下：
1）拆除补气管底部法兰座，并通过泄水锥内转轮把合面顶部吊点将法兰座固定;
2）制作2根约4米长丁字梯，丁字梯上部、下部均通过挂钩固定，挂钩焊接于大轴内壁，焊接位置应避开水导轴瓦区域;
3）拆除发电机补气阀及顶罩;
4）拆除第三节大轴补气管;
5）用碳弧刨开原第二节补气管上部处焊缝，碳弧起刨点离第二节补气管法兰至少1cm，不得损坏第二节补气管法兰，;
6）将第二节补气管整体起吊，当第一节补气管法兰上升至中心体支撑法兰位置用抱箍将第一节补气管抱住并搁置在支撑法兰上，将第一、二节补气管进行分离;
7）将第一、二节补气管从主轴内分别吊出，并对法兰进行探伤检查;
8）将存在裂纹的第一节补气管上下法兰、第二节补气管下法兰进行割除，并重新进行加工新法兰;
9）重新制作第二节补气管上法兰配合环;
10）将第一、二节补气管连接并回装;
11）回装补气管底部支撑法兰，并与第一节补气管下法兰连接;
12）将第二节补气管上法兰配合环焊接于原支撑法兰上部，保证配合间隙约0.5mm;
13）回装第三节补气管及顶罩。
4 转子中心体渗水防治措施
为保证转子中心体内在补气管发生渗水情况也不会对机组转子绝缘造成影响，同时防止渗水通过转子与主轴连接法兰甩入退离推力轴承油箱，在转子中心体内构建密封腔，保证转子中心体内补气管发生渗水不被甩至转子上。主要方法如下：
1）在转子中心体与大轴连接缝处涂抹乐泰596胶，防止渗水通过转子中心体与大轴把合缝甩至推力油箱;
2）在转子中心体与大轴连接法兰与大轴补气管之间安装铝合金盖板，防止渗水在运行时甩至转子内。盖板由4块构成并设有2个观察窗，盖板外圈通过20个M16*60螺栓与大轴法兰进行连接，并通过密封条进行外圈密封;盖板内圈与大轴补气管通过石墨填料进行密封，填料由16个M8*30螺栓进行压紧;
3）大轴补气管安装2瓣式吊环与盖板内圈进行连接，防止机组转动时盖板振动。（设计示意图如下）
5 结束语
通过此次处理，成功消除#2机大轴补气管裂纹导致转子中心体渗水重大缺陷，有效防止因大轴补气管渗水引发转子绝缘降低造成机组非停事件的发生，成功避免#2机A修，节省维修费用约250万元、设备检测费约100万、备品备件购置费约100万，共计节省投资约450万元，按年设计发电量计算可增发电量约1.25亿kWh，增加發电收入4875万元，提高全厂机组等效可用系数5%，同时也为国内外同类型组补气管渗水检查处理积累了宝贵经验。
参考文献：
[1] 国家能源局.DLT869-2012火力发电厂焊接技术规程[S].北京：中国电力出版社，2012.
[2] 国家发展和改革委员会. JB/T 4730-2005承压设备无损检测[S].北京：新华出版社，2005.
[3] 中华人民共和国国家质量技术监督检验检疫总局[S].北京：中国标准出版社，2003.