［俄羅斯］А.И.拜科夫 等

1 概述

關(guān)于俄羅斯水電站設(shè)備的運(yùn)行狀況，已做過(guò)很多研究和報(bào)道。但是，迄今為止，盡管薩彥－舒申斯克水電站發(fā)生了嚴(yán)重事故，仍然沒(méi)有一個(gè)針對(duì)其設(shè)備的使用壽命到期和沒(méi)有到期所做的明確評(píng)估，也沒(méi)有研制評(píng)估的實(shí)施方案。

對(duì)于水電站設(shè)備改造來(lái)說(shuō)，缺少實(shí)施計(jì)劃和行動(dòng)方案。在不具有專業(yè)從事水電站設(shè)備改造機(jī)構(gòu)的豐富經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，只是采用對(duì)設(shè)備及零部件狀況進(jìn)行科學(xué)計(jì)量模擬和計(jì)量控制的方法(即設(shè)備計(jì)時(shí)診斷法)，以及莫斯科巴烏曼高等技術(shù)學(xué)校計(jì)量學(xué)教研室的研究方法和技術(shù)，來(lái)編制標(biāo)準(zhǔn)文件。

2 技術(shù)規(guī)范

關(guān)于水電站水電設(shè)備的改造，需要制定一個(gè)架構(gòu)方案。所以，必須對(duì)以下幾個(gè)基本問(wèn)題進(jìn)行探討。

(1)從經(jīng)濟(jì)上來(lái)講，改造不是提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，而是使設(shè)備的運(yùn)行狀況達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)，提高其技術(shù)性能，即縮短維修周期，將使用壽命延長(zhǎng)15～20 a。當(dāng)然，相比一臺(tái)已經(jīng)運(yùn)行25～30 a的發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，改造運(yùn)行了35～40 a的機(jī)組當(dāng)然要復(fù)雜很多(常常缺少技術(shù)資料)。因此，必須將工作成本計(jì)入“基本維修費(fèi)”，提高完成改造的工作成本。

(2)從技術(shù)上來(lái)講，改造應(yīng)該是使設(shè)備的零部件達(dá)到(間隙、標(biāo)準(zhǔn)層的)設(shè)計(jì)參數(shù)和安裝尺寸的要求。因此，必須制定改造工程的技術(shù)規(guī)范，其中應(yīng)包括測(cè)量圖、測(cè)量記錄、活動(dòng)記錄、方法和其他一些現(xiàn)有的，但是還沒(méi)有確定列入技術(shù)規(guī)范、至今仍以水輪機(jī)組安裝技術(shù)條件(1975年發(fā)行)為依據(jù)的指導(dǎo)性文件。

(3)該技術(shù)規(guī)范中必須有明確規(guī)定，即:使水電設(shè)備從維修前的不穩(wěn)定到維修后實(shí)體試驗(yàn)的整個(gè)改造過(guò)程合法化。還應(yīng)要求對(duì)供應(yīng)商提供的設(shè)備、修復(fù)后的設(shè)備以及備品備件建立驗(yàn)收體系，并對(duì)設(shè)備的合格證、可維修性和可互換性加以規(guī)定。

(4)必須制定轉(zhuǎn)槳式和軸向輻流式水輪機(jī)改造的技術(shù)規(guī)范，因?yàn)檫@些水輪機(jī)的安裝尺寸和間隙有很大差別。

伏爾加專業(yè)水電設(shè)備安裝股份公司下屬的卡馬河專業(yè)電力設(shè)備公司研制出了該行業(yè)的技術(shù)規(guī)范，并已將其運(yùn)用于水電站各種設(shè)備的改造工程中。

3 設(shè)備改造及注意事項(xiàng)

改造的目的應(yīng)該是:延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，為企業(yè)節(jié)省資金。因此，電站改造工程所采用的方式方法彼此不應(yīng)有區(qū)別，比方說(shuō)，坐落在同一條河流上和同一個(gè)梯級(jí)(如伏爾加－卡馬河上)的2座或2座以上的水電站，應(yīng)采用相同的改造方法。

改造工程是訂貨商、總承包商、制造商(可能是幾家)之間的密切合作過(guò)程，應(yīng)制定改造工程的技術(shù)籌備方案。

從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，在裝有多臺(tái)機(jī)組(4臺(tái)或4臺(tái)以上水輪機(jī)組)的水電站，進(jìn)行梯級(jí)改造是較為方便、合理的做法。也就是說(shuō)，為1號(hào)機(jī)組提供一套新設(shè)備，而從固定基礎(chǔ)上拆卸的零部件則送去制造商那里做故障分析檢查，以恢復(fù)設(shè)計(jì)參數(shù);然后再回到訂貨商這方，根據(jù)水電站的運(yùn)行制度，安裝在下1臺(tái)機(jī)組上(比如，安裝在第2臺(tái)或第3臺(tái)等機(jī)組上)。

進(jìn)行這樣規(guī)模的改造工程，必須預(yù)先規(guī)劃，確切地說(shuō)，應(yīng)該改變招標(biāo)方式和改造資金的結(jié)構(gòu)。訂貨商應(yīng)該自籌改造資金，不能將義務(wù)轉(zhuǎn)嫁給投資者或轉(zhuǎn)租現(xiàn)有已改造過(guò)的設(shè)備。也要考慮到進(jìn)行這種由若干承包商完成的復(fù)雜、龐大工程而可能發(fā)生的保險(xiǎn)方面的風(fēng)險(xiǎn)。不能以過(guò)度的銀行擔(dān)保和長(zhǎng)期的擔(dān)保義務(wù)來(lái)緊逼承包商，比如，有一部《俄羅斯民法》，誰(shuí)也不能廢除它。

改造方案應(yīng)具有一整套工作內(nèi)容，包括編制單個(gè)零部件改造的技術(shù)說(shuō)明。

制造商不僅要提供修復(fù)所必須的備品備件，還應(yīng)參與整個(gè)改造施工過(guò)程。例如，工作輪或水輪機(jī)導(dǎo)水裝置、軸線的控制裝配，工作輪活塞桿的液壓試驗(yàn)，儲(chǔ)油器的測(cè)試裝配等等，以確定設(shè)備的安裝間隙和縱、橫方向的安裝位置。

緊固件和連接件均應(yīng)在檢驗(yàn)臺(tái)和角架等工具上進(jìn)行檢測(cè)。制造商尤其需注意的是，應(yīng)該保證緊固件的安裝及其與結(jié)合面貼合的質(zhì)量。

合理的做法是，已使用的設(shè)備上的緊固件應(yīng)該鎖定，但不焊接。類似施工經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度提高或急劇提高時(shí)，與電焊面鎖定的螺母便會(huì)瞬間松動(dòng)。這種情況在1991年伏爾加水電站的14號(hào)機(jī)組就曾發(fā)生過(guò)。

由于40%的緊固件處于腐蝕環(huán)境中，因此，需要使用不同的鎖定方法。

包括輔助設(shè)備在內(nèi)的所有水輪發(fā)電機(jī)組的緊固件，使用30 a后，必須更換?？諝夥峙浔P上連接片脫落，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生。比如，敘利亞塔布卡(Табка)水電站，30%的主發(fā)電機(jī)定子繞組、鐵芯、電極及其他一些設(shè)備受到了損害。

遺憾的是，暫時(shí)還沒(méi)有明確完整的方法確定該段時(shí)間內(nèi)設(shè)備和零部件的狀況。利用聲輻射可以確定設(shè)備的工作狀況和使用壽命，但是，這種方法沒(méi)有得到廣泛利用、理解和確認(rèn)。莫斯科巴烏曼高等技術(shù)學(xué)校計(jì)量學(xué)教研室研究了一種外部計(jì)時(shí)法來(lái)判斷設(shè)備狀況，該方法取得了來(lái)之不易的效果，并得到了推廣。當(dāng)然，是否需要給每臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組建立“診療冊(cè)”的問(wèn)題，也應(yīng)聽聽指導(dǎo)專家的意見，他們具有類似豐富的改造施工經(jīng)驗(yàn)。

比如，下卡馬河水電站，轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機(jī)的工作輪，已經(jīng)運(yùn)行22 a卻沒(méi)有拆卸過(guò)，只是進(jìn)行日常維修，從第1臺(tái)水輪機(jī)組運(yùn)行以來(lái)，就不清楚導(dǎo)水裝置軸頸的狀況。2009年維修改造后才知道，原來(lái)工作輪的所有滑動(dòng)摩擦軸承襯套必須更換，因?yàn)楣ぷ鲗右褖簤?，摩擦－滑?dòng)力偶的功能消失，實(shí)際上，水輪機(jī)組已處于事故邊緣。

這意味著，現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法工作至使用壽命到期才更新的時(shí)候。設(shè)備可能蘊(yùn)藏著事故隱患。所以，保持水電站水電設(shè)備生產(chǎn)能力的最好辦法是:改造設(shè)備，修復(fù)受損零部件，對(duì)長(zhǎng)期使用后的設(shè)備重新定心調(diào)整。

4 技術(shù)措施

當(dāng)然，修復(fù)所有零部件是不可能的，這樣也沒(méi)有任何意義。所以，根據(jù)水電站設(shè)備改造、維修的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)械部分組件改造時(shí)，應(yīng)采取以下措施。

(1)更換所有緊固件(100%)。

(2)將生鐵殼體換成鋼制的，當(dāng)某些水輪機(jī)蓋板為生鐵時(shí)，要對(duì)加強(qiáng)筋和連接法蘭進(jìn)行加固。

(3)用無(wú)損法檢查所有焊接接頭，除去焊接瑕疵。

(4)改進(jìn)導(dǎo)水裝置，另外安裝防滲漏密封圈，采用新型的復(fù)合材料。

(5)改進(jìn)軸承，當(dāng)液壓支座安裝軸承時(shí)，換成鋼性支座。根據(jù)受損程度，更換弧狀部件上彈性聚合物包復(fù)的金屬覆蓋層。

(6)更換使用了25 a的軸承盤。每臺(tái)水力機(jī)組必須有一個(gè)用于周轉(zhuǎn)的軸承盤(2009年，下卡馬河水電站對(duì)1983年投入運(yùn)行的12號(hào)機(jī)組進(jìn)行維修時(shí)發(fā)現(xiàn)，軸承盤的工作表面有很寬的大網(wǎng)狀裂縫，深度達(dá) 0.15 mm)。

(7)在需要調(diào)整軸線的情況下，改造水輪機(jī)軸，以便更換水輪機(jī)軸承區(qū)水輪機(jī)軸的覆面層。

(8)改進(jìn)主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的構(gòu)架，以提高轉(zhuǎn)子外緣的剛性。增加楔子，避免剎車盤和磁軸產(chǎn)生振動(dòng)波(此為薩拉托夫水電站的改造經(jīng)驗(yàn))。

(9)將主發(fā)電機(jī)定子變成無(wú)連接鎖扣式，更換線圈(視振動(dòng)試驗(yàn)和線圈狀況而定)，通過(guò)替換主發(fā)電機(jī)基座和修復(fù)后的磁軸，調(diào)整定子支架的高度。

(10)更換機(jī)油和空氣冷卻器。

(11)對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組的過(guò)流部分，采用無(wú)損法檢查水輪機(jī)組零部件所有焊接點(diǎn)，確定瑕疵，進(jìn)行清除。

(12)更換轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機(jī)表面沒(méi)有實(shí)施雙金屬襯砌的轉(zhuǎn)輪室，清理混凝土企口接縫;將新的轉(zhuǎn)輪室固定在相對(duì)主發(fā)電機(jī)定子軸承而言的中心企口接縫中，并澆筑混凝土企口接縫。

(13)修復(fù)水輪機(jī)流道的混凝土表面。

(14)將工作輪或?qū)b置的滑動(dòng)摩擦軸承襯套換成新的復(fù)合材料(每座水電站，當(dāng)其安裝的水輪機(jī)為轉(zhuǎn)槳軸流式時(shí)，最好應(yīng)有一套槳葉旋轉(zhuǎn)裝置，而對(duì)于軸向輻流式水輪機(jī)，則應(yīng)有一個(gè)轉(zhuǎn)輪和一套迷宮圈)。

(15)用氟橡膠面層替換橡膠制成的防滲透密封圈和密封繩，特別是在更換轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機(jī)槳葉法蘭的密封材料時(shí)，應(yīng)采用該方法(軸向輻流式水輪機(jī)軸的密封裝置，最好采用苯酚材料制作)。

(16)更換制動(dòng)系統(tǒng)，包括輸水管和制動(dòng)－千斤頂。

(17)應(yīng)該保存一套新的備用的制動(dòng)－千斤頂，及1套用苯酚材料制成的防滲透密封圈(異形繩)。

(18)改造調(diào)節(jié)系統(tǒng)和自動(dòng)化裝置系統(tǒng)，使用水輪機(jī)電動(dòng)液壓調(diào)整器，將油壓裝置和調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力調(diào)整為63 kg/cm2。

(19)更換消防系統(tǒng)(將水滅火改成二氧化碳滅火)。

(20)改造水輪機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。

(21)更換調(diào)整環(huán)下方的支承部件，替換活塞、卸油環(huán)和伺服電動(dòng)機(jī)拉桿，定心調(diào)整伺服電動(dòng)機(jī)拉桿。

(22)更換包括水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備、調(diào)節(jié)裝置在內(nèi)的所有止水裝置。

(23)更換真空止水裝置。

(24)采用相位計(jì)時(shí)法，通過(guò)振動(dòng)傳感器，檢測(cè)水輪機(jī)某個(gè)時(shí)段內(nèi)所有設(shè)備的狀況。

(25)修復(fù)發(fā)電機(jī)組的軸線，拆卸(安裝)主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸套，消除裂紋。

(26)改造過(guò)程中，根據(jù)水工建筑物實(shí)際狀況和水輪機(jī)嵌入部分的位置，重新調(diào)整水輪機(jī)組的中心位置。調(diào)整縱、橫方向的間隙，使水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)部分能相對(duì)固定部分而對(duì)稱布置。

(27)更換轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的槳葉(或完全更換軸向輻流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪)。

(28)改造轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的外殼，給槳葉法蘭裝上“Simirit”公司的局部可拆卸的橡膠密封材料，也可采用氟橡膠異形繩。這樣，能夠大大地提高零部件的安全性(這種異形繩已被用在薩拉托夫水電站)。

(29)在采用轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機(jī)時(shí)，自潤(rùn)滑材料和生物分解合成油的結(jié)合使用，可能是保護(hù)生態(tài)環(huán)境新的重要舉措。

(30)在轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，采取了環(huán)境保護(hù)措施，嚴(yán)禁廢油外拋，以免污染環(huán)境。

(31)將水輪機(jī)變成雙調(diào)控，比如，切博克薩雷水電站的轉(zhuǎn)槳軸流式水輪機(jī)，迄今為止仍采用螺旋槳式，邁因水電站也屬于這種情況。但是，下卡馬河水電站順利解決了這個(gè)問(wèn)題，16臺(tái)水輪機(jī)全部采用雙調(diào)控。

5 結(jié)語(yǔ)

俄羅斯其他一些水電站在采取以上所建議的措施后，可使安裝運(yùn)行設(shè)備的使用壽命延長(zhǎng)達(dá)20 a，至今，還沒(méi)有出現(xiàn)設(shè)備需要替換的情況。從資金上分析，實(shí)施這樣的改造，與設(shè)備定期更新相比，可節(jié)省2/3～3/4的費(fèi)用。

在這種情況下，水輪機(jī)設(shè)備的維修期可以縮短至現(xiàn)在的30%。并且，實(shí)施這樣的改造計(jì)劃，可使水輪發(fā)電機(jī)組在汛期安全可靠地運(yùn)行，而施工人員也可享有直接的物質(zhì)利益。

伏爾加專業(yè)水電設(shè)備安裝股份公司下屬的卡馬河專業(yè)電力設(shè)備公司，聘請(qǐng)莫斯科巴烏曼高等技術(shù)學(xué)校計(jì)量學(xué)教研室、水利重型機(jī)械股份有限公司和俄羅斯電氣工程有限責(zé)任公司的專家，為設(shè)備改造工程提供咨詢服務(wù)，為現(xiàn)有水電站設(shè)備系統(tǒng)改造傳授經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。