大川電廠混流式水輪發(fā)電機組頂蓋水再利用的實踐

何 軍， 王 超 智， 楊 登 兵， 葉 瑞 文

(四川大川電力有限公司，四川 雅安 625605)

1 電站及機組原技術供水系統(tǒng)概況

大川電廠位于四川省蘆山縣大川鎮(zhèn)，共有5座水電站，其中3座水電站水輪機為混流式水輪機。這3座水電站的主要設計參數(shù)見表1。

表1 各水電站及水輪發(fā)電機組主要參數(shù)表

水輪發(fā)電機組技改前技術供水系統(tǒng)由壓力鋼管取水、降壓過濾、清水池、循環(huán)泵和供水管道及尾水冷卻器等組成，以中咀水電站1號機組為例，技術供水系統(tǒng)如圖1所示。

技術供水系統(tǒng)采用3臺型號為200ZXW250-40的自吸自控式循環(huán)泵并聯(lián)安裝作為加壓設備，水泵配用電機功率為75 kW，水泵額定流量為250 m3/h，額定揚程為40 m。兩臺水輪發(fā)電機組正常運行時，兩臺循環(huán)泵供同時運行供機組冷卻水，運行16小時后將其中一臺切至備用，并啟用第三臺循環(huán)泵，備用8小時后進行一次切換，以此進行循環(huán)水泵輪換。只有一臺水輪發(fā)電機組運行時，則啟動1臺循環(huán)泵運行，另外2臺循環(huán)泵作為備作，以8小時為周期依次進行輪換運行。機組技術供水總管直徑為DN200，壓力一般保持0.3MPa，流量250 m3/h。

2 頂蓋水作機組技術供水的可行性

2.1 頂蓋水的作用

頂蓋水為混流式水輪機輪轉上止漏環(huán)梳齒密封漏水，為減輕轉輪的軸向水推力，降低機組推力軸承的載荷，這部分漏水必須從頂蓋排走。在正常運行時這部分水沒有做功，是水輪機效率損失的一部分。

大川電廠6臺混流式水輪機的頂蓋上，均設有四根Dg65的排水管，將頂蓋水引到機墩內(nèi)預埋排水管匯流后從廠房尾水處排至下游。

2.2 頂蓋水相關參數(shù)與原技術供水參數(shù)的比較

(1)頂蓋水是經(jīng)過轉輪上止漏環(huán)梳齒過濾過的水，其水質明顯好于直接取自壓力鋼管的水源。直接取自壓力鋼管的水源，中間經(jīng)過濾水器過濾，其過濾精度為3 mm,低于3 mm的雜質通過濾網(wǎng)進入清水池，最后進入技術供水管網(wǎng)，在冷卻器銅管內(nèi)容易沉積，堵塞管道。而取自頂蓋的水，因上止漏環(huán)的間隙為0.9～1.2 mm，其過濾精度明顯優(yōu)于濾水器。所以，頂蓋取水的水質更好。

(2)頂蓋水壓力可達到0.2～0.3 MPa，接近于原利用技術供水泵系統(tǒng)供水總管的壓力。

(3)頂蓋水正常排水量為300 m3/h，大于機組技術供水所需流量。

綜上所述，機組頂蓋水從水質、壓力、流量等方面均滿足給機組提供技術供水的條件。

圖1 技改前水輪發(fā)電機組技術供水系統(tǒng)圖

2.3 頂蓋水引接的條件及可能產(chǎn)生的后果

(1)頂蓋排水管離機組技術供水總管很近，從頂蓋出水到機組技術供水總管僅一墻之隔，雖墻體為機組構筑物，不能進行打孔作業(yè)，但可從水輪機室進人門處繞行，長度為3.5米，引接方便，無障礙，引接后不會帶來負面的影響。

(2)改造后可能產(chǎn)生的后果及應對措施：一是改造后排水不暢，將引起頂蓋水壓力增大，從而增加軸向推力，加大推力軸承的負荷，引起推力軸瓦溫度升高，甚至燒瓦。應對措施是保留原頂蓋排水管，并增設調節(jié)閥門，當頂蓋水壓力超過正常排水壓力(0.3 MPa)時，開啟頂蓋水排水調節(jié)閥，排水降壓，確保機組推力軸承正常運行。同時，停用頂蓋水供水系統(tǒng)，查明原因。二是當上游來水泥砂含量高引起水質惡化時，停用頂蓋水供水系統(tǒng)，開啟原循環(huán)泵供水系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行反沖，保證機組技術供水的正常運行。

3 頂蓋水再利用系統(tǒng)改造方案

為了使頂蓋漏水得到再利用，制定改造方案如下：

(1)增設頂蓋排水匯流管。將原頂蓋排水在水輪機室進行匯流，具體做法是在水輪機室內(nèi)蝸殼上沿做一DN200環(huán)形管，環(huán)形管水平布置，下方分別與原頂蓋排水Dg65管連接，將頂蓋水進行起匯流、緩沖、穩(wěn)壓作用。環(huán)管采用DN200鋼管焊接，與頂蓋水排水管采用焊接方式連接。

(2)引水管水流及水壓控制和監(jiān)測。引水管采用DN200鋼管焊接，總控制閥采用型號為D371H-16C的法蘭對夾蝶閥，在引水管上安裝一只量程為1.0 MPa的壓力表，并配DN15表閥，用作壓力監(jiān)視用。

(3)與原技術供水系統(tǒng)連接：在水車室頂蓋排水匯流管上方焊接DN200鋼管，另一端在機組原技術供水系統(tǒng)總回水閥機組側管道處碰管，將頂蓋排水送到機組原總回水管再送到各冷卻器，吸收熱量后從尾水冷卻水器增設的排水閥處排至尾水。為了防止在洪水期水中泥砂含量太大磨損冷卻器銅管，原技術供水系統(tǒng)保留，作為備用。兩個系統(tǒng)接口采用焊接連接。

工藝要求：焊接后進行管道試壓、清洗、刷漆工作。其中，試壓壓力為0.4 MPa，保持時間10分鐘，不得有滲漏。清洗工作要求：在試壓合格后，對管道按可能達到的最大壓力和流量進行連續(xù)沖洗，直到出口處的水色和透明度與進口處一致視為清洗完成。刷漆工作要求先進行除銹，完成后刷紅丹防銹漆，再刷色漆。

系統(tǒng)如下圖所示：

圖2 頂蓋水再利用供水系統(tǒng)圖

4 頂蓋水用作機組技術供水運行方式

(1)當上游來水泥砂含量較低時，采用機組頂蓋水作為機組技術供水。全關“原技術供水管道”上總進水閥門4及總出水閥5，退出循環(huán)水泵，同時，利用原頂蓋水排水閥1及排水閥3進行機組冷卻水壓力及流量的調節(jié)，使流量及壓力滿足技術供水的要求。

(2)當上游來水泥砂含量較大，對機組各冷卻器銅管有磨損風險時，則恢復頂蓋水正常排水，即全開“原頂蓋水排水閥1”，全關“排水閥3”，頂蓋水沿原管道系統(tǒng)排至尾水，同時，全開“原技術供水管道”上總進水閥門4及總出水閥5，并啟動循環(huán)泵，恢復原技術供水系統(tǒng)運行。

(3)具體操作規(guī)程：

○1冷卻水由循環(huán)泵改為頂蓋供水的操作(以1F機組為例)

全關1號機組導葉；

監(jiān)視1號機組負荷降低至0kW；

全關1號機組尾水冷卻器進水閥1224；

全關1號機組尾水冷卻器出水閥1225；

全關1號機組冷卻水出水閥1218；

全開1號機組頂蓋供水總閥1219；

全開1號機組頂蓋冷卻水排水閥1220；

全關1號機組頂蓋排水閥1223；

調整1號機組頂蓋冷卻水排水閥1220開度來調整冷卻水壓力；

重新帶上1F、2F指定有功負荷。

○2冷卻水由頂蓋供水改為循環(huán)泵供水的操作(以1F機組為例)

a) 將1F機組有功負荷減至5%額定負荷；

b) 全開1F頂蓋排水閥1223;

c) 全關1F頂蓋供水閥1219;

d) 全關1F頂蓋冷卻水排水閥1220;

e) 全開1F冷卻水排水總閥1218;

f) 全開1號循環(huán)供水泵進水閥0205;

g) 全開1號循環(huán)供水泵出水閥0208;

h) 啟動1號循環(huán)技術供水泵;

i) 檢查循環(huán)供水泵總管壓力正常;

j) 檢查各導軸承冷卻水壓力正常;

k) 帶上指定的有功負荷；

系統(tǒng)倒換操作非常簡單，在頂蓋供水方式下，即使發(fā)生啟停機，也不需對技術供水系統(tǒng)再進行操作，只要導葉打開，機組頂蓋有排水，則機組技術供水系統(tǒng)就會有水流，確保機組安全運行?？梢姡几暮蠡緹o操作，運行穩(wěn)定可靠，無風險。

5 頂蓋水再利用的效果

5.1 安全性

頂蓋水再利用系統(tǒng)投運后，進行了各種負荷工況下的檢測，并抽取典型工況如100%、75%、50%、20%負荷下水壓及軸瓦溫度、發(fā)電機線圈及鐵芯溫度對比，機組各軸瓦溫度、發(fā)電機線圈及定子鐵芯溫度均滿足要求。大川電廠所處大川河流域，上游來水最小時，機組出力維持在20%左右，頂蓋水再利用系統(tǒng)仍能正常工作。通過試驗證明：頂蓋水再利用系統(tǒng)除了在上游來水泥砂含量超標時不能投運，其余時間均可投入運行。改造前以中咀電站1號機為例，各負荷工況下各點溫度(采用PT100測溫頭測量)如表2，改造后的情況如表3。

通過表2、表3的對比可見，技改后相同監(jiān)測點的溫度比技改前略有下降，機組運行工況得到改善。主要原因是機組技術供水系統(tǒng)進水溫度降低了，原“清水池—循環(huán)泵”供水模式時，進水溫度平均為10.2 ℃，而采用頂蓋水供技術用水時，其平均溫度約8.5 ℃。由于進水溫度的降低，其換熱效果得到提高，所以各監(jiān)測點溫度略有下降。同時，測試數(shù)據(jù)也證明，技改后的系統(tǒng)完全能滿足機組的運行要求。

表2 技改前各監(jiān)測點在各工況下的溫度值(單位：℃)

表3 技改后各監(jiān)測點在各工況下的溫度值(單位：℃)

5.2 經(jīng)濟性

大川電廠中咀、長石壩、佛山三電站頂蓋水再利用系統(tǒng)投運一年以來的實踐證明該系統(tǒng)的節(jié)能降耗效果十分顯著。據(jù)一年來的運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，三個電站因為停用功率為75 kW的循環(huán)泵電機，一年下來，共節(jié)約廠用電1 576 800 kWh，廠用電率降低0.3%，增收48.8808萬元，同時，因為大幅度減少了循環(huán)泵的運行，降低了循環(huán)泵電機軸承的磨損，延長了軸承的使用壽命，減輕了維護工作量，節(jié)約成本約1.5萬元。技改項目總共產(chǎn)生節(jié)能經(jīng)濟效益50.3808萬元，項目成本在一個年運行周期即全部收回。另外，因為減少水泵維護工作量，相應地減少了因水泵檢修帶來的檢修安全風險，在取得經(jīng)濟效益的同時取得了良好的安全效益。

5.3 應用前景

大川電廠在混流式機組頂蓋水再利用方面的探索性實踐取得了成功，為類似電站提供了參考樣板，若有條件的電站均實施頂蓋水再利用技改，在節(jié)能降耗方面將取得更大的成效，為實現(xiàn)“創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)”目標打下堅實的基礎。目前已推廣應用到四川眾能電力公司的2個電站4臺機組上，同樣取得良好效果。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會 GBT 15468-2006《水輪機基本技術條件》 [S],北京：中國標準出版社

作者簡介:

何 軍(1976-)，男，四川蘆山人，畢業(yè)于西安航空技術高等?？茖W校熱能工程專業(yè)，四川大川電力有限公司大川電廠生技部主任，工程師，從事水電生產(chǎn)安全運行及設備管理工作；

王超智(1970-)，男，山西文水人，畢業(yè)于太原科技大學電氣工程及其自動化專業(yè)，四川大川電力有限公司副總經(jīng)理，工程師，從事電廠生產(chǎn)經(jīng)營管理工作；

楊登兵(1964-)，男，四川郫縣人，畢業(yè)于四川工業(yè)學院水機自動化專業(yè)，四川大川電力有限公司副總工程師，助理工程師，從事水電生產(chǎn)管理工作；

葉瑞文(1969-)，男，四川金堂人，畢業(yè)于成都大學工商企業(yè)管理專業(yè)，四川大川電力有限公司生產(chǎn)技術部副經(jīng)理，助理工程師，從事水電生產(chǎn)管理工作.

(責任編輯：卓政昌)