摘要： 超期服役水輪發電機組繼續穩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電機組開展了安全評估工作。結果表明：① 通過分析現有超期服役水輪發電機組運行的基本情況，提出了開展安全評估的工作范圍、方法和準則;② 通過采取現場外觀檢查評估、試驗檢測、數值計算(關鍵部件剛強度分析與疲勞強度計算)和綜合評估的方法，對水輪發電機組的現狀、性能等指標進行檢測和分析，根據分析結果，可以評估出超期服役水輪發電機組的剩余壽命，在此基礎上，可以給出相關的改造建議和改造方案。研究成果可為類似電站水輪發電機組的安全評估提供借鑒。

　　關 鍵 詞： 水輪發電機組; 超期服役; 安全評估; 壽命預測; 葛洲壩水電站

　　0 引 言

　　水輪發電機組的壽命評估是一項復雜的系統工程，發電機、水輪機等大型設備歷經數萬小時的運行，實際上就是長期的熱處理或者高強度的負荷試驗;材料老化、疲勞破壞、絕緣介質損耗、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果[1-3]。尤其是對于部分超期服役的水輪發電機組而言，老化問題日益突出，隨意延長壽命運行依據不足，風險性很大。因此，如何科學地評估超期服役水輪發電機組的剩余壽命，保證超期服役水輪發電機組設備的繼續安全運行是一個亟待解決的關鍵問題[4-5]。現階段，針對火電機組，有較多關于機組安全評估的規范及文獻，針對機組重要部件，有著較為詳細的疲勞損傷機制和疲勞壽命計算方法的介紹[6-8];而關于水輪發電機組安全評估與延壽運行領域，尚沒有明確的技術規范和相關導則。本文以葛洲壩水電站為例，參照火電機組延壽評估方法[9]，在超期服役水輪發電機組安全評估與延壽運行領域開展一些探索。

　　1 水輪發電機組運行現狀

　　葛洲壩水電站共裝設有2臺170 MW機組和19臺125 MW機組，自投產以來，水輪發電機組及其電氣、機械附屬設備已連續運行了30多年，年運行小時數均在6 000 h以上，基本上已經到了設備設計壽命期。因此，按照國家規定，必須進行相應的超期服役延壽運行方面的安全評估。

　　葛洲壩水電站170 MW機組連續運行時間較長，機組至今未進行相關改造，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機組當時為試驗性機組，在最大水頭27 m附近為限制運行區，機組運行存在高水頭運行風險、振動值超標、葉片裂紋及磨蝕、轉輪室磨蝕和裂紋、發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，存在著設備老化、效益降低等現象。其中，15臺機組的發電機和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。改造工程完成后，機組的主要參數滿足設計和規范要求，機組運行穩定，空化性能、熱穩定性能、能量性能等均良好，各項性能指標均達到了預期目的和要求[11-12]。

　　2 安全評估方法和準則

　　目前水電行業內，尚沒有明確的機組超期運行安全評估技術方面的要求。根據水輪發電機組的特點，以及根據對水輪發電機組風險源進行的分析，水輪發電機組安全及壽命評估主要是對水輪發電機組的重要關鍵部件及設備進行評估檢測。其中，水輪機的評估部件包括轉輪、導葉、導軸承、大軸、蝸殼、尾水管、調速系統等關鍵系統部件及其預埋部件;發電機的評估部件包括定子、轉子、推力軸承、導軸承、大軸和勵磁系統等關鍵系統部件及其預埋部件等[13-15]。

　　對于水輪發電機組超期服役安全評估及其剩余壽命預測，主要是采取現場外觀檢查評估(包括實地檢查和查閱資料2種方式)、結構部件檢測、現場綜合性能試驗、數值計算(關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 水輪發電機組評估細則及結果

　　3.1 外觀檢查評估細則及結果

　　外觀檢查評估主要是通過對設備的現場檢查和查閱運行日志、檢修記錄、試驗記錄、技改資料等相關資料，對水輪發電機組主要部件進行外觀檢查，主要包括對水輪機轉輪、水導軸承、接力器、受油器、頂蓋、底環和導葉、蝸殼及尾水管進人門、發電機上機架及機座、發電機轉子支架(包括磁極及磁軛)、發電機推力支架、發電機各軸承油槽、發電機制動器、發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。

　　經過現場外觀檢查，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電機組主要設備開展例行和專項試驗檢測工作，通過分析試驗檢測數據，獲取各設備設施的性能狀況。水輪機現場試驗檢測主要包括：水輪機開停機狀態性能檢測、水輪機能量特性檢測試驗、水輪機關鍵部件應力檢測、水輪機關鍵部件無損探傷檢測等。發電機現場試驗檢測主要包括：發電機主要參數檢測、發電機通風試驗、發電機關鍵部件應力檢測、發電機關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。

　　通過現場對3臺機組進行停機狀態抽檢、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，結果表明：主軸、導葉連桿、支持蓋及螺栓、轉輪、主軸密封、水導軸承(除油箱)、錐體下環、軸及連接螺栓、轉子支架及緊固螺栓、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現裂紋或其他類型的超標缺陷;同時轉輪、主軸、導水機構、推力支架、定子、機架等部件受力工作狀態正常，表明機組工作狀態正常，滿足規范要求。

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