微型水轮发电机组的选择、使用与维护技巧

1.选择

当水电站的水头、流量及装机容量确定以后，就可以进行水轮机的选择工作了。水轮机的选择对水电站的建造影响很大，它直接影响机组的运行效率、供电情况、投资数量等。

（1）选择原则

1）机组效率高，供电可靠；

2）工程投资少，管理运行方便；

3）尽可能选用本地已有产品，加快建站速度；

4）尽可能选用价廉、性能好、结构简单的水轮机；

5）最好选择转速高的水轮机，这样便于和发电机配套，减少传动设备。

水轮机选择内容主要包括：确定机组台数和容量；选择水轮机的型号（主要是选择水轮机型式、转轮直径、转速、装置方式等）；选出配套的发电机型号。

（2）选择机组台数

水电站的装机台数与装机容量大小、工作条件和用户性质有关。一般情况下，微型水力发电站均考虑单机运行。这样对机房布置、土建工程、机电安装、运行管理都比较简单。其缺点是当流量变化很大时，影响出力和效率；当检修时，全部停电，影响供电。

机组台数确定后，就可以大致知道单机容量了。装1台时，单机容量就等于水电站装机容量；装2台时，单机容量等于水电站装机容量的一半，或一台大些，另一台小些。

（3）选择水轮机型号

一般在低水头、较大流量的电站，多采用轴流定桨式或贯流定桨式水轮机。这类水轮机的过水能力大、直径小、转速高。但要求负载和来水量比较稳定，当出力离开最高效率点后，其效率会急剧下降，甚至不能运转。

当水头较高流量较小时，最好采用冲击式水轮机。中等水头、中等流量时，多采用混流式水轮机。

选择水轮机一般采用性能表法。具体步骤如下：

1）确定机组台数和单机容量。

2）初选水轮机型式。根据水电站水头、流量、单机容量，初步确定水轮机型式。当可选两种型号时，应通过比较后再加以确定。

3）利用水轮机性能表选择水轮机型号。在初步选出水轮机型式的基础上，根据设计水头和单机容量，利用性能表，再选出水轮机的型号，主要是选择水轮机的转轮直径和转速。

在利用性能表选择水轮机时，若在性能表中查不到所选水轮机的设计水头时，则应用下列公式和水轮机性能表中的数值作插值计算，换算出设计水头下的水轮机工作性能。即

式中，ｎ₁、Q₁、Ｎ₁分别代表水轮机在水头H₁时的转速、流量和出力；ｎ₂、Q₂、Ｎ₂分别代表同一水轮机在设计水头H₂时的转速、流量和出力。

（4）选择发电机

发电机一般由水轮机制造厂负责配套供应，部分水轮机性能表中同时列出配套发电机的型号。若在某种情况下，配套产品中的发电机不合适，则需另行选配发电机。发电机应根据水轮机容量，按现有产品系列来选取。一台水轮机配一台发电机。发电机单机容量P_发（kW）可按下式计算，即P_发＝Ｎη_发η_传

2.安装

1）间隙：水轮机转动部分与固定部分间隙的大小与水轮机类型、尺寸有关，一般在说明书中有规定，可参照执行。间隙的大小可用塞尺进行测量。

2）找高程及水平：在安装过程中，对立式机组的座环及卧式机组基础板等部件的高程和水平要特别重视，因为水轮机顶盖、尾水管等，都要在座环上进一步安装，座环高程不对或不平，必然影响整个机组的位置。安装人员根据座环尺寸算出座环顶面的高程，作为基准，应用U形管水平仪或U形塑料管，在座环顶面沿圆周等分找四点或六点，这样不但找准了高程，而且座环顶面水平也达到了一定的标准。利用同样的方法也可以找正卧式机组基础板的高程和水平。

3）找中心：在安装过程中，一般利用下述方法找中心：在发电机平面上规定的主轴位置处，经推力轴承孔，悬吊下一根线锤，安装座环就可以这根线锤为标准，使座环顶部圆周上各点到线锤的水平距离均相等（可用钢卷尺测量），这样就找正了座环的中心。还可以根据此轴心线，利用同样的方法，找正机组其他部件的中心位置。

4）主轴垂直度的检查：当主轴初步固定好，转轮中心测好后，可用四线法检查主轴的垂直度（见图3-4）。即由固定在主轴上端的十字架（专用工具）上吊下四条带有重锤的细钢丝（0.3～0.75MM），将重锤放入油桶内（保证悬锤稳定），然后准备施测。十字架四臂要与机组轴线相符合，细钢丝要直而无结。

图3-4 用四线法检查主轴的垂直度

施测时选择主轴上部（靠近带轮或法兰盘的地方）和下部（装导轴承的地方）用内径千分尺测量轴与悬线间的距离A₁、C₁，B₁、D₁，A₂、C₂，B₂、D₂，若其距离相等即已垂直，否则需调整使其相等。

以上介绍的是微型水轮发电机组的一般安装方法和要求，各类微型水轮发电机组的安装步骤详见使用说明书。

3.使用

（1）开机前的常规检查

1）水流部分

①检查并记录上、下游水位。

②引水渠道应无渗漏，压力前池、进水口及拦污栅亦应无阻塞物，否则应及时清理。

③闸门操作机构应灵活。水轮机前的闸阀或蝴蝶阀应在全关位置，放气阀应打开。

④压力水管、水轮机室、尾水管及尾水渠中应无杂物。进入孔应关闭，尾水闸门应提起。

⑤检查拦污栅和进水闸门有无松动、损坏，检查压力水管有无漏水现象。

2）水轮机部分

①检查水轮机的外壳有无裂缝，连接螺栓是否紧固。

②检查传动装置、调速器以及水轮机的转动部分是否灵活。

③检查联轴器的连接是否正常，传动带接头是否牢靠，传动带松紧程度是否适当。

④检查全部阀门和导叶是否在关闭位置。导叶从全开至全关时，对应的开度指针指示应正确。

⑤各轴承及润滑部位应按要求润滑，油质及油面应符合要求。

3）电气部分

①检查发电机和控制屏的接线是否牢靠，绝缘介质有无破损现象。

②转动发电机转子，并细听是否有异常的摩擦或撞击等不正常声响。

③检查电刷与集电环或换向器的接触是否良好，电刷压力是否适当，电刷在刷握中的活动是否正常。

④检查各开关的分合是否灵活，各熔断器的熔体是否已全部插上。控制屏上全部开关位置应正确，使发电机处于空载状态。

⑤检查互感器的接线是否正确。电流互感器二次回路不可开路，电压互感器二次回路不可短路。

⑥检查发电机、变压器及各电气设备的接地线是否牢固。电流互感器、电压互感器的二次绕组一端应接地。

（2）机组的起动

1）反击式水轮机的正常开机步骤

①关闭蜗壳下部的放水小阀门。

②打开蜗壳上部的放气小阀门，慢慢打开闸阀或蝴蝶阀，向蜗壳内充水。

③有旁通阀时应先打开旁通阀，同时打开放气阀，向蜗壳内充水，待蜗壳充满水后，再打开闸阀或蝴蝶阀。

④待放气阀冒水，说明蜗壳内的空气已全部排出，立即关闭放气阀。(www.xing528.com)

⑤打开真空表和压力表的开关。

⑥慢慢打开水轮机的导水机构（调速器此时进行手动操作），为了达到空载时的正常转速，导水机构可开到约相当于全部开度的10％左右。

⑦确认机组空载运转无问题后，将调速器调到自动操作位置。当自动调速器已正常运转时，逐步增加负载。

2）冲击式水轮机的正常开机步骤

①机组应在空载条件下起动。

②缓慢开启进水阀，使机组转速逐渐升高。

③待发电机电压升高到额定值后再合上开关，对外送电。

④调节好进水阀门，保持额定电压。

⑤异步发电机的负载应以阻性负载为主，感性负载（电动机）一般不应超过总功率的25％。

⑥对配带轮的异步发电机，将开关置电容器切断位置，可作动力使用，带动各种加工机械。

（3）机组的停机

1）反击式水轮机的正常停机步骤

①转动调速器的开度限制机构，慢慢关闭水轮机的导水叶，使水轮机的转速逐步降低（机组若有制动装置，当转速降到35％额定转速时进行制动）。

②关闭水轮机前的进水阀门（若不是长期性停机，而导水叶漏水又不大时，可考虑不必关闭进水阀门）。

③关闭压力表和真空表的开关。

④当水轮机长时间停车时应打开蜗壳下面的放水小阀门，排除积水。

⑤用注油器或黄油枪向所有润滑点注油。

⑥清除机器及仪表上的灰尘，并对其进行认真检查，要特别注意轴承是否有不正常的发热现象。

2）冲击式水轮机的正常停机步骤

①缓慢关闭进水阀门。

②待发电机电压降至80％额定电压时，拉下负载开关。

③迅速关闭进水阀门。

④机组长时间不用，要将发电机拆下来，存放在干燥处，以防受潮。

⑤长期停机时，要将水轮机过流部件上涂防锈漆。

3）单机运行机组的停机操作步骤

①做好停机前的记录。

②缓慢关闭水轮机导叶至水轮机空载额定位置以下。

③缓慢加大磁场变阻器电阻值，直至空载励磁电流以下。

④断开各支路的开关，然后断开相应的各隔离开关。

⑤断开发电机的主开关，然后断开发电机的隔离开关。

⑥断开发电机的灭磁开关。

⑦继续关闭水轮机导叶，使机组停止转动，并将磁场变阻器电阻调到最大值。

⑧切换自动调速器和自动励磁装置到手动位置，关闭调速器进油阀。

⑨切除各操作电源和厂用电源。

⑩关闭水轮机前的进水阀门。

4）并列运行机组的停机操作步骤

①做好停机前的记录。

②缓慢关闭水轮机导叶，加大磁场变阻器电阻值，使发电机的有功、无功功率同时缓慢减少。

③当发电机的有功功率表、交流电流表指示均为零时，断开发电机主开关，然后断开隔离开关，使发电机与电网解列。

以下操作与单机运行机组的停机操作相同。

5）机组的紧急停机

当发生紧急事故时，例如发生需要立即停机的人身事故、发电机有焦味或冒烟起火、机组剧烈振动和发出异常声响、重要机件断裂、带轮脱落、传动带断裂、联轴器损坏、轴承温度急剧升高、压力水管或水轮机外壳损坏而漏水严重、水轮机调速设备失灵、发电机电刷发生强烈火花经处理无效、电缆头爆炸或冒烟等事故时，应采取紧急停机措施。此时应迅速断开发电机总开关和励磁开关，切断电源；关闭进水闸门，切断水源。其他操作可在停机后补做。

4.维护

（1）水轮机部分

1）紧贴水轮机轴的密封填料不能过松或过紧，应及时检查、调整，一般应在压紧后略有滴水。密封填料磨损或硬化后，应及时更换。

2）在水轮机运行时，用肥皂水检查尾水管是否有漏气现象，如有漏气应压紧或更换密封。

3）打开轴承盖，检查有无水、灰、砂等侵入，并予以清除。检查轴承在运行中有无漏油现象，并及时添加润滑油，对水下部分的轴承每月应加一次润滑脂。

4）传动带要保持清洁，注意不使柴油、机油等油类沾污传动带。检查传动带的接头是否牢靠，及时修理或更换传动带扣、传动带钉。

5）定期清理导叶、转轮间的污物，检查并调整其间隙。

（2）电气部分

1）严防各种油类、水和其他液体溅进发电机内部，更不能让铁钉、螺钉、螺母等金属物件或金属碎屑掉进发电机内部，如有发现，必须及时取出。

2）保持集电环、换向器的清洁，可用柔软、干燥、清洁而无毛头的布块沾少许汽油或酒精擦拭。对严重灼伤或失圆的集电环、换向器应磨光或修圆。

3）检查电刷与集电环、换向器的接触情况，对磨损过短、碎裂和严重灼伤的电刷应更换成与原牌号一致的电刷。同时应注意检查调整电刷的压力。

4）检查开关的接触面有无变形，并及时修整。对灼伤的触头可用细锉或细砂纸打磨平。

5）及时更换碰伤、变形、变色的熔丝以及损坏的熔断器零件。

6）检查接线头是否变色，如有发黑等现象应加以清除，并拧紧螺钉。检查导线绝缘层有无损坏，并及时用绝缘胶布包扎好。

总之，还要经常保持厂房内、外和机组的清洁。定期清除各机件表面灰尘，并用压缩空气或用打气筒打气吹净发电机内部的灰尘。对机组外露的金属加工面，应经常涂抹黄油，以防锈蚀。厂房内不得有危害发电机绝缘性能的酸碱性气体。

停机清扫后的机组，应用防尘罩盖好。停车3天以上的发电机，在起动前应进行绝缘电阻的测量，其值不得小于规定值，否则应进行烘干处理，达到要求后，才可开机。