水电开发与提高水电站检修技术

1、全国大中型水电厂技术协作网第四届年会论文集现代管理与策略研究水电开发与提高水电站检修技术段生孝（甘肃电力科学研究院）摘要：本文介绍了我国水电建设中存在的问题和提高水电站检修能力的重要性，重点介绍了前几年甘肃在提高水电站检修技术中做的工作关键词：水电开发；水电站检修；检修设备；水轮机检修机器人；水轮机转轮自动测绘近年来大大小小的各类水电站建设遍地开花，规模宏大，使我国丰富的水力资源能尽快得到利用，这是老一辈水电工作者多年的期盼，大家都无比兴奋。可是当走访一些新建成的小流域小型电站和一些大中型水电站后又使人忧心忡忡。1小流域小电站开发中存在的问题首先，由于对一些小流域没有统一规划，没有考虑整体效益

2、，按投资共担、利益共摊的方法分步建设。当地政府急于引资加快当地经济发展，招商引资，使集体、个人资金一起上，形成圈占资源，实际建设时拣肥的吃，对整个流域作用大、但投资大的电站却没有人愿意投资建设使资源浪费严重。其次，由于配套的送出线路没有跟上，建起的电站电送不出，在青山绿水间建起硅铁厂、炭化硅厂等高耗能企业，造成严重污染。这些高污染企业藏在深山老林之中，在地方保护主义的庇护下，污染河流，破坏环境，危害人民。第三，这些小水电站在建设过程中，由于资金紧张，技术匮乏，很多电站就不是正规单位设计，套用过去建成的一些电站设计，随便改改，能省的省，不能省的也省。使很多电站建设中就存在很多缺陷和隐患，不仅存在

3、选址不合理，防洪能力差，或几乎没有防洪能力，或占据河道阻塞行洪。水工建筑物质量堪忧，有些水工建筑物试运行时就被冲毁。加之设备制造、安装缺陷，使建成的一些电站不能正常发挥效益，有些还存在严重的安全隐患。第四、在一些小流域小电站建设过程中，由于监管不力，甚至可以说没有监管，在修渠、开挖时，破坏大片森林植皮，使原本稳定的土石不稳定了。加之开挖的沙石随意堆放，任意占据河道，使原本清澈的河流变成了浑水河，遇暴雨时，状况更为严重。第五，很多电站装机台数没有进行资源利用率核算，存在资源利用不充分或装机过多形成浪费。很多机组安装位置偏高，吸出高度为正，造成机组振动大，空蚀磨损破坏严重。第六，为了节约经费，设备

4、选用没有制造经验、要价便宜的厂子产品，更没有认真的监造与验收，机组效率低，资源浪费严重；设备缺陷多，性能差，故障多，停机维修多，不能正常发挥作用。第七，小流域小电站建设的所有者大都对电站不懂，虽请有技术顾问或技术负责人，但关键时是不听相关技术人员的劝告，胡乱要求，胡乱指挥，造成很多缺陷，使电站事故频发。整个新建的小水电站，管理人员和工人大都没有经过培训，技术素质普遍偏低，安全意识差。第八，一些装机超过10MW以上电站，虽然设计施工比较正规，但由于技术力量薄弱等原因，设计、施工、运行中也存在很多问题。更中国特色的是：只要是领导就比一般人高明，存在领导决定一切的长官意志。如某电站出现计算错水头，选

5、错水轮机转轮模型，选错吸出高度等问题，就是长官意志作祟，自己定了就算，造成机组振动十分严重。 。2大中型水电站建设中存在的问题这几年通过与国外厂家合作，特别是通过三峡电站的建设，我国在水电站设计、施工、机组制造安装等方面的技术与经验都有质的飞跃，基本赶上了世界先进水平。由于大家全力关注三峡，对其他电站的的设计、施工、机组制造安装，都认为是成熟技术，关注相对少了。而且由于市场竞争，参与建设三峡的国内各方技术保密，其他设计、施工、制造等厂商很难获得一些深层次的新技术。加之现在业主多元化，建设规模大，有经验的技术人员少，其他电站在论证、设计、审查、机组选型、监造、安装等方面都出现了一些问题。在这中间

6、也难以排除长官意志和其他因素。由于这些原因，这些年建的大中型水电站也存在不少问题。如某电站在改造中，转轮在国外铸造完成后去验收，一行十多人的高级验收团硬是把明显的严重铸造缺陷没有“验收”出来，给电站造成运行的被动和很大安全隐患，对此谁来负责任？没有！有些电站就是设计者的错误设计，而设计审查又走过场，结果就建出了一个问题电站。某大型水电厂机组由于水工设计问题而出现在小负荷或单机运行时吸出高度是正值，造成机组小负荷振动严重；该电站的机组设计也存在问题，使机组在70%80%左右负荷运行时使整个厂房都产生振动，给人一种恐怖感觉。某电站设计吸出高度 -7.5m，难于实现自动补气补气，造成机组小负荷振动严

7、重而难于实现调峰；出线接线方式设计成已经淘汰的有安全隐患的方式。另外，一条河流很多家开发，开发商只注重自己的利益，各电站属地政府有急于出政绩、增加税收，加之相关学识匮乏，长官意志做祟及其他因素，一些大型河流的综合利用的规划、设计、建设也很差。如黄河兰州段的中小电站就没有考虑通航设施的建设，在运力紧张的今天，白白浪费了这运费便宜的黄金水道。 。总之，小流域建设的小电站问题很多，大河流大中型电站问题也不少。这些都需要监管部门在今后的电站建设中认真研究解决，不要破坏环境、浪费资源、贻害子孙后代。3目前水电站的检修状况任何水电站运行一定时间，由于空蚀磨损破坏，线棒发热绝缘老化，轴承密封磨损等问题都要进

8、行检修。特别是多泥沙河流水电站水轮机空蚀磨损破坏的检修，是值得我们非常重视的一项工作。我国水电站从丰满水电厂开始到新安江、刘家峡、三门峡、鱼子溪等，通过多年在实践中努力摸索，逐步建立起一套成熟的大中型水电站包括检修工艺、过程管理等的检修规程，保证了我国水电站几十年的安全运行。近年由于水电开发规模的扩大，新设备、新技术的应用，水电厂生产人员队伍的扩大和年轻化，对第一线生产工人思想上不重视，相应的培训没有跟上，水电厂检修设备和检修人员的维护、检修技术能力远远赶不上实际需要，有时竟出现违背基本常识的一些错误。如某电站检修时竟用砂轮机打磨活动导叶的配合轴径，对接力器油缸沟槽缺陷没有进行任何填补处理只用

9、砂纸磨磨，这样仅仅使人看起来沟槽表面不明显了，实际造成了更大损坏。近年我国很多大中型水电站厂水轮机转轮叶片裂纹厉害，成了水电站建设的大问题。水轮机转轮叶片裂纹具有设计问题，也有运行调度问题，加之这几年一些巨型机组投运而出现的叶片少、叶片大等新问题，这些都是转轮叶片裂纹多而严重的客观原因。可是人们往往忽视了更重要的原因：这几年水电开发规模加大，水电职工队伍扩大，人员年轻了，学历高了，而有经验的老职工被下岗分流了，加之我们实际工作中存在片面单纯注重学历，福利、工资、提升向领导者和有学历、有关系的人员倾斜，加之一些领导用人中只注重人际关系的倾向，水电队伍一线人员学技术的风气差了，工作责任心差了。还有

10、一种现象就是我国国有企业、特别是一些水电企业工人队伍的贵族化倾向，不愿吃苦、不愿钻研技术，工作想越干越少，薪酬希望越多越好，造成应能解决的问题成了难题。如大多叶片裂纹的处理应是解决了的问题，可是一些水电厂却是越处理越严重。实际是不认真摸索焊接工艺，有些并不是不了解焊接工艺，实际是怕苦、怕麻烦，不愿按焊接工艺做，因为这样工资没多拿，而工作量要大几倍十几倍。而且一些生产管理者也迁就这种倾向，才是问题越来越严重。所以这些问题大多不是技术问题，而是管理问题。水电站检修的另一个问题是对空蚀磨损破坏表面的处理，也存在不严格按工艺规程、标准执行的问题。对建在多泥沙河流上的老电站，因死库容淤满，过机泥沙增多，

11、叶片表面空蚀磨损破坏非常严重，使机组效率下降、出力减少、振动加剧，对电站的安全和效益造成极大危害。所以对空蚀磨损破坏表面要认真处理，但这些电站常因工期短，检修技术落后等原因而达不到要求。而一些新电站，暂时因泥沙大量淤积库底而空蚀磨损破坏表面暂时较小，或一些清水电站，但由于对此认识不足和检修队伍的技术水平等问题，对空蚀磨损破坏表面处理很随意，造成叶片焊接表面粗糙、焊接变形、打磨的也很粗糙、叶片形线变化很大，久而久之将会使小问题变成大灾难。当前我国水电站检修技术还比较落后，由于特殊的现场环境，一些先进的焊接磨削设备用不上，目前大都靠手工作业。如对叶片破坏表面补焊还是人手持焊枪堆焊，对叶片焊接表面打

12、磨，还是手持砂轮打磨。劳动强度大，工作环境差。所以提高水电站检修技术应是一项重要而紧迫的工作。4甘肃在提高水电站检修技术方面做的工作甘肃水电开发较早，由于主要电站都建在含沙量大的黄河上，建起十年左右过机泥沙就大增，底环、导叶、转轮等过流部件的空蚀磨损破坏大大加剧。如刘家峡水电厂1978年汛期后电站每年除安排一台机组进行一个多月的大修外，不得不在开始安排两个多月的扩大性大修，后因检修工作量太大，扩大性大修时间最后延长到四个多月，最多一次仅转轮就补焊打磨40 m2多，最大一次焊接7t多焊条。一线检修职工二十多年过年都没休过假。既就是这样，由于任务重、工期紧，检修还是达不到相应的质量要求。从1994

13、年第一台机组改造完成，近年安装的新机组，由于使用了新材料、用新研究的抗磨性能好的转轮，空蚀磨损破坏减轻了，检修的补焊打磨任务减少了。可是从第一台机组改造已十几年过去了，近年空蚀磨损破坏又逐渐加剧了。从上世纪八十年代中期开始为了解决刘家峡检修任务大，检修达不到质量的问题，刘家峡水电厂在原甘肃电力局支持下，研究提高水电厂检修能力。花几千万元开挖了一个检修洞，装了一台8m立车，主要用于补焊后的底环加工和迷宫环加工。对补焊后的水轮机转轮叶片，同兰州铁道学院合作，研制了一套两台“水轮机转轮内外随形磨削机”，获国家发明三等奖和国家发明专利。为修补空蚀磨损破坏的活动导叶，与甘肃工业大学（现更名兰州理工大学）

14、合作，利用宽带焊技术研制了一套活动导叶修复设备，该设备虽然能实现对活动导叶破坏表面的焊接和打磨，但因为焊接热容量大，导叶轴变形量过大还一时难以用于工业生产，要进一步研究解决。在研究随形磨削机过程中，我们了解到一些国外水电站水轮机检修方面的情况：如法国在水电集中的地区设置检修中心，特别是加拿大魁北克水电局研究所研究的转轮叶片焊接机器人。在甘肃电力局科技处大力支持下，通过哈尔滨理工大学从中联系，经与加拿大魁北克水电局研究所相关人员多次交流，提出满足我们使用要求的焊接机器人技术条件，最后从加拿大进口了一台这种焊接机器人。进口的机器人还可实现对焊接表面的打磨。机器人可实现对转轮空蚀磨损破坏表面的自动化

15、修复，但对那么大的工作量要求在那么短的时间完成，一台机器人是难以实现的，而且该机器人在叶片表面转移位置费力费时，为此我们开展了有自主知识产权水轮机检修机器人和其他相关检修设备的可行性研究。（1）水轮机检修机器人的可行性研究我们与清华大学、西安交大等学校进行了自主研发我国水轮机检修机器人的可行性研究。技术要求是1：、必须小巧、灵活、拆装方便；整机或分解很少几部分可以方便地从600mm进人孔进入机坑内并能很快组装开始工作；而且能整体从一个流道方便地移动到另一个流道。总重不超过3040kg/台。、能方便的在叶片表面的任意位置固定，也能方便地移动到新位置；固定时要有足够的生根力量保证机头工作，移动时时

16、尽量使其自动爬行为佳。、操作方便，一个人操作机器不仅能对叶片磨削，还可实现从一个位置到另一个位置的移动。向另一个流道转移时应简捷方便。、有较高的生产力，磨削机至少是人工效率四倍以上。、要能磨削转轮狭窄的三维空间流道表面90%以上面积，力争达到95%（以刘家峡转轮计算）；工作臂要考虑有五个坐标、六个自由度。、在每一固定位置，工作臂在其工作范围能对流道形状检查，并与设计或理想值进行比较后按较佳形状进行磨削，磨削得到的形线最终误差符合“水轮机通流部件技术条件”要求，粗糙度在6.3m以内。、小型磨削机的研制不仅仅只考虑对混流式转轮的磨削，而且也要适用于轴流式转轮的磨削。最好还考虑流道表面的堆焊、喷焊等

17、修复工艺的需要（不包括喷焊、堆焊设备本身），尽量实现一机多用，不搞重复投资。、为了防止漏油，减少执行部件，应侧重于电动和磁吸附，尤其步进电机等现代技术。在与三个可行性研究中标单位签定合同时明确提出：“必须满足招标技术要求的8个条件，在保证整形修复的前提下，实现对破坏表面的清理、补焊、打磨、喷敷保护层等四项功能，并有足够的工效。”（2）水轮机转轮叶片快速自动测绘的可行性研究为了水轮机转轮叶片测绘及将来配合磨削机器人的工作，我们与西北工业大学、郑州解放军测绘学院合作开展了水轮机转轮自动快速测绘设备的可行性研究。提出的目标要求是2：、测绘系统为便携式，可方便地从600mm×600mm进人孔

18、进入电站水轮机机坑内进行测量，也适用于在水电站现场检修间和制造厂车间进行测量；、系统既能用于测量大中型混流式转轮，也能用于测量轴流式转轮，并争取用于测量相同类型的小型水轮机转轮。测量混流式转轮全部叶片（13 17片）时间不超过5天，测量轴流式全部叶片（4 8片）时间不超过3天（含数据处理时间，但不包括准备时间）；、技术要易于掌握，技术人员短期培训就可操作使用；系统对每个叶片形线的测量误差小于1mm，数据整体处理后的综合误差优于5×10-4；、该测量系统的硬件应不受现场温度、湿度、电磁场等外界因素的干扰和影响，并有较好的自检校功能；、在转轮及转轮叶片上布置足够的以转轮轴线为基准的控制点

19、，以作为检修时补焊和磨削时的参照点，也作为检查时的参照点。这些点不能因焊接和打磨发生空间变位和变形；、根据测量结果在计算机里生成整体转轮数字模型，根据此转轮数字模型可生成木模图。可方便提取任意部位的截面形线，可提供相临两叶片头部（尾部）之间在同一水平位置上的节距，可提供任意位置的弦长，可提供叶片开口值（及叶片工作面出水边给定位置到前一个叶片背面的最短距离）等；可与设计木模图比较找出误差，并拟合新的修形可实现的木模图；、该系统生成的数字叶面模型适应于后续流程（如自动焊接、自动磨削）的使用，以及与CAD/CAM接轨。（3）其他检修技术的研究我们还进行了各种热喷涂技术在水轮机检修中适用性应用的研究，刷镀技术在水轮机纯磨损轴类等部件中的研究应用。5从水轮机检修技术研究工作中的思考关于水轮机检修机器人和转轮自动测绘仪的研究，由于发电企业与电网的分家和主事领导的更替，这些研究在此止步了，这是我国科研工作的一种悲哀。在我国因人费事造成的浪费、造成的与别国差距拉大的这种现象何日才能结束。另外，在我国还有一种怪现象就是对自己研究的一些新设备，不知出与什么心理，总是看