巨型混流式水輪發(fā)電機(jī)組檢修排水方式探討

吳洪飛，姚登峰，李延舟

（向家壩水力發(fā)電廠，四川 宜賓 644612）

1 引言

在混流式水輪發(fā)電機(jī)組檢修時(shí)，若水輪機(jī)部件或調(diào)速器有工作，不僅需要落下上游擋水閘門(mén)，還需排除壓力鋼管內(nèi)積水，使蝸殼與下游平壓。巨型混流式水輪發(fā)電機(jī)組的壓力鋼管長(zhǎng)度長(zhǎng)，內(nèi)徑大，壓力鋼管內(nèi)積水多。如何安全、快速地排除其內(nèi)部積水，需要進(jìn)行不斷的探索。

2 向家壩水電廠機(jī)組引水系統(tǒng)介紹

向家壩水電站共安裝有8臺(tái)800 WM的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，其中左岸壩后電站為1號(hào)～4號(hào)機(jī)組，采用一機(jī)一壓力鋼管引水方式；右岸地下電站為5號(hào)～8號(hào)機(jī)組，采用采用一機(jī)一引水隧洞引水方式。向家壩電站機(jī)組壓力鋼管（引水隧洞）的參數(shù)如表1所示。

表1 向家壩水電站壓力鋼管（引水隧洞）參數(shù)表

3 機(jī)組檢修時(shí)壓力鋼管排水方式

3.1 通過(guò)技術(shù)供水系統(tǒng)排水

當(dāng)機(jī)組的技術(shù)供水系統(tǒng)采用蝸殼取水方式時(shí)，可以通過(guò)技術(shù)供水系統(tǒng)排除壓力鋼管（引水隧洞）內(nèi)積水。此方式是在機(jī)組停機(jī)并落下上游擋水閘門(mén)后，打開(kāi)技術(shù)供水系統(tǒng)的相關(guān)閥門(mén)，壓力鋼管（引水隧洞）內(nèi)積水經(jīng)過(guò)蝸殼、通過(guò)技術(shù)供水系統(tǒng)管道排至下游尾水。其典型的水流示意圖見(jiàn)圖1。

如圖1所示，利用水位高度差，壓力鋼管（引水隧洞）內(nèi)積水通過(guò)自流方式，經(jīng)過(guò)蝸殼取水口、技術(shù)供水系統(tǒng)的濾水器、減壓閥、電動(dòng)閥，最后排至下游尾水。

向家壩電站技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)額定流量為2 308 m3/h，因此壓力鋼管（引水隧洞）從開(kāi)始排水到積水排完，需要的時(shí)間約為至20 h（8FB）、17.5 h（7FB）、13.0 h（6FB）、10.8 h（5FB）、7.0 h（1FB～4FB）。

圖1 通過(guò)技術(shù)供水管道排水示意圖

通過(guò)技術(shù)供水系統(tǒng)排出壓力鋼管（引水隧洞）內(nèi)積水，操作簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)小，但是排水時(shí)間長(zhǎng)，蝸殼內(nèi)還會(huì)剩余較多的余水，延遲蝸殼排水（開(kāi)啟蝸殼和尾水盤(pán)型閥經(jīng)檢修集水井排水）的時(shí)間。

3.2 在停機(jī)過(guò)程中排水

此方式是先將機(jī)組從并網(wǎng)狀態(tài)調(diào)整到空轉(zhuǎn)狀態(tài)后，先人為啟動(dòng)機(jī)組高壓油減載系統(tǒng)，再人為發(fā)令快速落下機(jī)組上游快速門(mén)，在機(jī)組停機(jī)過(guò)程中將壓力鋼管（引水隧洞）內(nèi)積水經(jīng)過(guò)導(dǎo)葉排至下游。在發(fā)快速門(mén)快閉命令前，應(yīng)先屏蔽相應(yīng)事故控制流程，防止由于快速門(mén)下降到事故位后啟動(dòng)快速停機(jī)流程而過(guò)早關(guān)閉導(dǎo)葉，從而無(wú)法將壓力鋼管（引水隧洞）內(nèi)積水有效排出。在發(fā)令快速落門(mén)后應(yīng)密切監(jiān)視機(jī)組導(dǎo)葉開(kāi)度和轉(zhuǎn)速，在適當(dāng)時(shí)機(jī)（如轉(zhuǎn)速接近50%額定轉(zhuǎn)速時(shí)）人為按下緊急停機(jī)按鈕使機(jī)組停機(jī)和關(guān)閉導(dǎo)葉，并應(yīng)根據(jù)情況在適當(dāng)時(shí)機(jī)手動(dòng)幫助投入機(jī)組制動(dòng)風(fēng)閘。

此排水方式利用機(jī)組停機(jī)過(guò)程同時(shí)快速落下機(jī)組快速門(mén)，排除壓力鋼管（引水隧洞）內(nèi)部積水，速度很快，但是快速門(mén)在動(dòng)水落門(mén)過(guò)程中容易在快速門(mén)泵房等處產(chǎn)生負(fù)壓，危及設(shè)備安全；此外按緊急停機(jī)按鈕的時(shí)機(jī)難掌握，對(duì)操作人員的要求高，操作風(fēng)險(xiǎn)大。

3.3 自動(dòng)開(kāi)機(jī)方式排水

機(jī)組正常停機(jī)后，人為操作落下機(jī)組上游快速門(mén)并做好防動(dòng)措施，聯(lián)系相關(guān)維護(hù)人員解除快速門(mén)全關(guān)閉鎖開(kāi)機(jī)條件，然后發(fā)令開(kāi)機(jī)至“空轉(zhuǎn)”令，由于機(jī)組快速門(mén)在落下?tīng)顟B(tài)，機(jī)組快速停機(jī)流程會(huì)啟動(dòng)，機(jī)組又快速停機(jī)。在發(fā)令機(jī)組空轉(zhuǎn)之前，應(yīng)該先啟動(dòng)機(jī)組水導(dǎo)泵、液壓系統(tǒng)、高壓油泵等設(shè)備；快速停機(jī)流程啟動(dòng)后，應(yīng)密切關(guān)注個(gè)輔助設(shè)備動(dòng)作情況，必要時(shí)手動(dòng)干預(yù)。

如果機(jī)組快速停機(jī)流程沒(méi)有啟動(dòng)，則要立即手動(dòng)啟動(dòng)停機(jī)流程。

如果機(jī)組檢修門(mén)落下，發(fā)令機(jī)組空轉(zhuǎn)后，監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速和蝸殼壓力，轉(zhuǎn)速下降到50%左右時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)緊急停機(jī)流程。也可以不發(fā)機(jī)組緊急停機(jī)令，讓機(jī)組轉(zhuǎn)速自由下降至15%時(shí)手動(dòng)投入風(fēng)閘。

此種方式利用機(jī)組導(dǎo)葉“開(kāi)——關(guān)”過(guò)程中排除積水，速度較快，對(duì)操作人員要求較高，有較大的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 手動(dòng)開(kāi)導(dǎo)葉排水

此種方式是在機(jī)組停機(jī)并落下上游門(mén)后，現(xiàn)地手動(dòng)操作導(dǎo)葉，將其開(kāi)至一定的開(kāi)度排除壓力鋼管內(nèi)積水。

3.4.1 導(dǎo)葉較大開(kāi)度排水

導(dǎo)葉開(kāi)度較大（如10%）時(shí)，由于壓力鋼管（引水隧洞）內(nèi)有積水，機(jī)組會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，因此在操作導(dǎo)葉前應(yīng)將水導(dǎo)泵、高壓油泵先手動(dòng)啟動(dòng)，根據(jù)調(diào)速器壓油罐內(nèi)油位及壓力視情況是否需要啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，再將調(diào)速器控制方式切至現(xiàn)地手動(dòng)，手動(dòng)開(kāi)啟導(dǎo)葉至10%開(kāi)度。機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后應(yīng)密切關(guān)注轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速下降到15%左右時(shí)手動(dòng)投入制動(dòng)風(fēng)閘。

在操作過(guò)程中，應(yīng)控制打開(kāi)導(dǎo)葉的速度，控制機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間，防止機(jī)組較長(zhǎng)時(shí)間慢速運(yùn)行。

此種排水方式操作比較簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)也較小。由于不同機(jī)組間的特性差異，以及每次操作人員的經(jīng)驗(yàn)、判斷不同，需要對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)特性進(jìn)行不斷摸索，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以尋求最優(yōu)的導(dǎo)葉開(kāi)度值和開(kāi)啟時(shí)間控制。

3.4.2 導(dǎo)葉小開(kāi)度排水

這種方式是防止機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下小開(kāi)度開(kāi)啟導(dǎo)葉排水，因此需控制導(dǎo)葉開(kāi)度，即不能太小以便于排水，又不能太大防止機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)。在操作導(dǎo)葉之前，應(yīng)手動(dòng)投入制動(dòng)風(fēng)閘，再將調(diào)速器控制方式切至現(xiàn)地手動(dòng)，緩慢開(kāi)啟導(dǎo)葉至3%左右。導(dǎo)葉開(kāi)度跟每臺(tái)機(jī)組的特性及水頭有一定關(guān)關(guān)，需在試驗(yàn)中進(jìn)一步確定。

此種方式要嚴(yán)格控制導(dǎo)葉開(kāi)度大小，防止開(kāi)度過(guò)大發(fā)生磨風(fēng)閘。

3.5 開(kāi)啟蝸殼盤(pán)型閥排水

此方式是開(kāi)啟蝸殼盤(pán)型閥后，壓力鋼管（引水隧洞）內(nèi)積水通過(guò)蝸殼盤(pán)型閥排至下游尾水。

此排水方式需人工手動(dòng)打開(kāi)蝸殼盤(pán)型閥，由于此時(shí)壓力鋼管（引水隧洞）充滿積水，水壓大，操作蝸殼盤(pán)型閥有較大難度，同時(shí)在排水過(guò)程中盤(pán)型閥振動(dòng)和氣蝕嚴(yán)重，存在損壞盤(pán)型閥密封或閥桿斷裂等風(fēng)險(xiǎn)。此方式不適用高水頭電站。

4 排水方式比較選擇

（1）通過(guò)技術(shù)供水系統(tǒng)排水，操作簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)小，但時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在例行的年度檢修（合理安排工期）或?qū)r(shí)間要求較松時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用此種排水方式。

（2）手動(dòng)開(kāi)導(dǎo)葉排水要嚴(yán)格遵守操作流程步驟，依賴每位操作員的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)水平。排水較快，風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)少用此方式。

（3）在停機(jī)過(guò)程中排水和自動(dòng)開(kāi)機(jī)排水，排水快，但風(fēng)險(xiǎn)也高，在機(jī)組緊急搶修或工期要求很緊時(shí)可以采用此方式。

（4）通過(guò)開(kāi)啟蝸殼盤(pán)型閥排水，操作難度較大，存在設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，此排水方式一般不予采用。

5 結(jié)語(yǔ)

巨型混流式水輪發(fā)電機(jī)組的壓力鋼管（引水隧洞）排水操作是一項(xiàng)較復(fù)雜、難度較大的操作，涉及到方方面面的工作，但如何確保排水時(shí)的安全是操作的關(guān)鍵。電廠應(yīng)對(duì)每種排水方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析并制定相應(yīng)的操作方案，根據(jù)時(shí)間緊迫性、風(fēng)險(xiǎn)程度等情況選擇合適的排水方式。

[1]孫 文,侯 明.向家壩水電站超大直徑引水隧洞壓力鋼管制作與安裝[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2011，34（4）：40-42，50.

[2]張銀云.湖南鎮(zhèn)電站壓力鋼管停復(fù)役操作運(yùn)行分析[J].小水電，2011，4：137-139.