糯扎渡水電廠大型機組頂蓋取水試驗

李政，燕翔，王選凡

（華能瀾滄江水電股份有限公司糯扎渡水電廠，云南普洱 665005）

糯扎渡水電廠大型機組頂蓋取水試驗

李政，燕翔，王選凡

（華能瀾滄江水電股份有限公司糯扎渡水電廠，云南普洱 665005）

以華能瀾滄江水電股份有限公司糯扎渡水電廠為例，介紹了大型水電機組頂蓋取水試驗的措施和方法，在試驗過程中解決了一些難題，使試驗取得了成功，可為同類機組開展相關(guān)試驗提供參考。

水電廠；大型機組；水輪機；頂蓋取水；冷卻水；取水試驗

1 電站概況及機組主要參數(shù)

1.1 電站概況

華能瀾滄江水電股份有限公司糯扎渡水電廠（以下簡稱糯扎渡水電廠）位于云南省普洱市思茅區(qū)和瀾滄縣交界處，是瀾滄江中下游河段梯級規(guī)劃“二庫八級”電站的第5級，電站裝機容量為5 850 MW，是瀾滄江上最大的電站。

電站機組采用單元冷卻供水方式，一種為頂蓋取水，另一種為離心水泵從尾水出口取水，設(shè)計以頂蓋取水為主用，離心水泵取水為備用。但頂蓋取水為試驗項目，設(shè)計要求在電站機組投產(chǎn)后進(jìn)行試驗，取得成功后才能作為主用取水方式。國內(nèi)電站在大型機組中開展了一系列頂蓋取水試驗，但真正成功投入運行的極少。

1.2 機組主要參數(shù)

電站安裝有9臺650MW水輪發(fā)電機組，其中3臺水輪機型號為HLV135-LJ-741，其余6臺水輪機型號為HLA956-LJ-720；機組額定水頭187m，最小水頭152m，最大水頭205m。

自2012年9月首臺機組投產(chǎn)至2015年12月，所有機組一直采用離心水泵供水，機組冷卻用水設(shè)計參數(shù)為：發(fā)電機上導(dǎo)軸承，50m3/h，0.20～0.40 MPa；發(fā)電機推力軸承，400m3/h，0.20～0.40MPa；發(fā)電機下導(dǎo)軸承，80m3/h，0.20～0.40MPa；發(fā)電機空氣冷卻器，1200m3/h，0.20～0.40MPa；水輪機水導(dǎo)軸承，80m3/h，0.20～0.40MPa。以上5項合計1810m3/h，供水系統(tǒng)如圖1所示，圖中1，2為頂蓋泄壓閥，3為三通閥。

2 頂蓋取水試驗

2.1 試驗原理

頂蓋取水采用的是頂蓋與轉(zhuǎn)輪上迷宮環(huán)的漏水［1］，未作機組冷卻用水時，頂蓋漏水經(jīng)三通閥或頂蓋泄壓安全閥排到尾水。采用頂蓋取水時，需將三通閥切至供水位置，并且須將頂蓋泄壓安全閥設(shè)定，保證不排水或排出部分適宜的水量。

圖1 機組技術(shù)供水系統(tǒng)

2.2 頂蓋取水優(yōu)勢

頂蓋取水為技術(shù)供水的試驗性方案，如果試驗取得成功，可作為機組主用供水水源。其最大的優(yōu)點是節(jié)能［2］，目前電站單臺機組離心水泵供水日均消耗7000MW·h，耗能嚴(yán)重，對頂蓋取水投入的要求尤為緊迫。此外，頂蓋取水還具有水質(zhì)好、水壓穩(wěn)定的特點。

2.3 試驗前的準(zhǔn)備工作

（1）檢查頂蓋泄壓排水安全閥，并確認(rèn)其工作正常［3］。

（2）對頂蓋泄壓排水閥體進(jìn)行檢查，確認(rèn)閥體主件功能正常。

（3）在停機狀態(tài)下，檢查機組頂蓋取水電動三通閥動作的靈活性，手動、自動各切換3次。

（4）確認(rèn)各軸承軸瓦溫度信號回路正確，保證軸瓦溫度過高時能啟動停機流程［3］。

（5）確認(rèn)機組頂蓋供水總閥在“全開”位。

（6）將空氣冷卻器供水總閥打開20%左右，將空氣冷卻器排水總閥開至“全開”位［2］。（7）校準(zhǔn)有關(guān)表計及信號器，要求指示準(zhǔn)確［3］。（8）其他操作按手動開機準(zhǔn)備，記錄各部起始溫度［3］。

（9）安排專人監(jiān)視、記錄水機室外技術(shù)供水管路各部軸承進(jìn)水壓力、空冷器進(jìn)水壓力及流量。

（10）安排專人監(jiān)視、記錄頂蓋取水供水壓力及流量，壓力以0.20～0.45 MPa為宜，流量不低于1500m3/h。

（11）安排專人監(jiān)視、記錄各部軸承溫度及發(fā)電機冷、熱風(fēng)溫度。

（12）安排專人在機組振擺保護盤柜監(jiān)視、記錄機組振動擺度值。

（13）保持試驗區(qū)域內(nèi)通信暢通。安排應(yīng)急人員監(jiān)視并聽從指揮進(jìn)行相關(guān)的緊急操作。計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元（LCU）柜、機械制動柜、筒閥控制柜、發(fā)電機出口斷路器（GCB）開關(guān)、調(diào)速器電氣柜、勵磁柜、高壓油頂起裝置、調(diào)速器機械柜、技術(shù)供水系統(tǒng)各安排1人，進(jìn)水口事故閘門操作室2人。

2.4 第1階段試驗及結(jié)果

試驗?zāi)康臑闄z驗電站機組頂蓋取水的適用性，考慮到同類型機組的小灣和梨園電站存在頂蓋取水流量較低的情況，為保證供水流量［4］，糯扎渡水電廠選取在較高水頭下首先開展頂蓋取水試驗，試驗對象為＃3機組，運行水頭193m。

2.4.1 手動開機操作

（1）開機準(zhǔn)備工作完成后，手動開機到額定轉(zhuǎn)速，機組空轉(zhuǎn)運行，記錄各部軸承水壓、機組各部溫度［3］，水泵供水總流量為2 114 m3/h，壓力為0.42MPa。

（2）待機組各部溫度穩(wěn)定后，停運技術(shù)供水泵，切換為頂蓋取水供水方式。首先將頂蓋取水電動三通閥切至頂蓋取水位置，記錄并觀察各部軸承溫度、水壓直至各部軸承溫度基本穩(wěn)定。

（3）因無法確切地檢查到頂蓋泄壓安全閥的動作情況，人為控制泄壓閥的排水量，穩(wěn)定后頂蓋取水總流量1 872m3/h，壓力0.36MPa，均滿足要求，但略低于水泵供水相關(guān)參數(shù)。

（4）若有必要，可嘗試通過逐步打開空氣冷卻器供水總閥的方式保證其余各軸承的供水流量、壓力滿足要求。

（5）各部分溫度穩(wěn)定且無繼續(xù)升高現(xiàn)象，機組運行30min后方可繼續(xù)下一步試驗。

（6）試驗發(fā)現(xiàn)推力瓦溫較水泵供水升高3.4℃，其余軸承瓦溫升高在1.0℃以內(nèi)。

（7）將頂蓋取水方式切換為水泵供水方式，切換過程正常，各參數(shù)與先前水泵供水方式開機時基本一致。

2.4.2 空載下的試驗

（1）機組以頂蓋取水方式開機，開機過程中因規(guī)定判斷時間內(nèi)流量和壓力未達(dá)到設(shè)定值，導(dǎo)致自動切換三通閥位置并啟動水泵供水。開機完成后，人為切換至頂蓋取水方式。

（2）調(diào)速器切至自動控制方式運行，機組自動升壓到空載額定電壓，發(fā)電機空載運行，記錄各部軸承溫度、水壓直至各部軸承溫度基本穩(wěn)定。

（3）機組正常運行約30 min后，進(jìn)行帶負(fù)荷試驗。

2.4.3 并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗

（1）機組并網(wǎng)帶20MW負(fù)荷運行，記錄各部水壓、各軸承溫度、空冷器冷/熱風(fēng)溫度，若供水壓力在0.30～0.50MPa，穩(wěn)定運行30min后開始增加負(fù)荷。

（2）按50，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600，650MW等負(fù)荷點進(jìn)行試驗，各負(fù)荷點停留10～30min不等，記錄相關(guān)參數(shù)見表1。

2.4.4 試驗結(jié)果

（1）機組空轉(zhuǎn)時頂蓋取水的流量和壓力已達(dá)到水泵供水時的90%，當(dāng)機組負(fù)荷100MW時，頂蓋取水和水泵供水各參數(shù)基本一致。負(fù)荷650MW時，其流量和壓力是水泵供水下的115%和126%，關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到頂值。但因試驗中頂蓋泄壓閥無法實現(xiàn)自動控制，以上數(shù)據(jù)需進(jìn)一步驗證。

（2）試驗時各導(dǎo)軸承溫度變化比較平穩(wěn)，隨負(fù)荷增加，取水流量加大，其溫度呈下降趨勢；推力瓦溫隨機組負(fù)荷呈上升趨勢，650MW時短時間達(dá)到了75.0℃，人為調(diào)控頂蓋泄壓安全閥后，推力瓦溫度穩(wěn)定在74.0～75.0℃。

（3）頂蓋泄壓安全閥動作值為0.50MPa，試驗中達(dá)到0.55MPa仍未動作，人為立即干預(yù)使安全閥動作泄壓排水，此時機組負(fù)荷250MW。

（4）機組振擺參數(shù)未見明顯差異，最大負(fù)荷時頂蓋抬升量為0.55mm，未超過規(guī)定值。

當(dāng)前水頭下，機組具備頂蓋取水功能投入的條件，但需在低水頭下進(jìn)一步驗證。

2.5 第2階段試驗及結(jié)果

試驗?zāi)康臑闄z驗低水頭下機組頂蓋取水的范圍，檢驗不同機組間頂蓋取水適用范圍的差異，進(jìn)一步檢驗控制系統(tǒng)和開機流程進(jìn)行完善后的效果。試驗運行水頭165m，當(dāng)時機組負(fù)荷最高550MW，選?。?機組進(jìn)行試驗。

表1 第1階段試驗相關(guān)參數(shù)

2.5.1 試驗前進(jìn)行設(shè)備改造和系統(tǒng)完善

（1）頂蓋泄壓閥控制系統(tǒng)改造。原控制管路為DN 20mm銅管，管路設(shè)有1個安全閥、3個銅質(zhì)手動閥、1個壓力表等，具有手動泄壓、控制水腔排出、頂蓋泄壓主閥打開，以及實現(xiàn)頂蓋漏水排至尾水的功能?？紤]到銅質(zhì)控制管路管徑小、容易堵塞，為確保功能完好和便于自動監(jiān)控，現(xiàn)場更換了新安全閥、管路由銅管更換為高壓軟管、增設(shè)壓力表和壓力變送器、增設(shè)電動球閥、銅質(zhì)手動球閥更換為不銹鋼球閥等，并將壓力信號送至機組技術(shù)供水控制柜，再送至監(jiān)控系統(tǒng)，同時在監(jiān)控系統(tǒng)增加頂蓋壓力高、頂蓋泄壓閥的排水電動閥故障報警等信號。

（2）三通閥控制功能改造。頂蓋取水壓力高并達(dá)到泄壓安全閥動作值，頂蓋水從泄壓閥排出。對三通閥控制功能進(jìn)行改造，使其能夠?qū)⑷ㄩy自動切換至排水位，滿足離心水泵啟動的邏輯判據(jù)，為應(yīng)急情況下技術(shù)供水切換至水泵供水奠定基礎(chǔ)。

（3）設(shè)備定值修改。因機組開機至空轉(zhuǎn)和停機過程中，頂蓋取水壓力和流量較小，將總管壓力低及流量低、各冷卻水用戶的流量低報警值適當(dāng)調(diào)低。

2.5.2＃2機組頂蓋取水試驗過程

（1）模擬機組開機過程中，三通閥在排水位置無法動作，技術(shù)供水方式由頂蓋取水切至水泵供水開機。

（2）機組由頂蓋取水方式自動開機至空轉(zhuǎn)，機組空轉(zhuǎn)下模擬頂蓋取水壓力高（大于0.50MPa）三通閥動作，技術(shù)供水方式由頂蓋取水切換至水泵供水方式進(jìn)行試驗。

（3）機組空轉(zhuǎn)下模擬技術(shù)供水流量或壓力低三通閥動作，技術(shù)供水方式由頂蓋取水切換至水泵供水方式試驗。

（4）機組頂蓋取水并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗，負(fù)荷點參照第1階段試驗選取，空轉(zhuǎn)時2種供水方式對比，頂蓋取水時總?cè)∷髁肯陆? 159 m3/h、壓力下降0.25MPa，推力瓦溫上升0.4℃；帶負(fù)荷時，機組振擺情況良好，未見明顯變化，其余試驗數(shù)據(jù)見表2。

2.5.3 試驗結(jié)果

（1）低水頭下，機組空轉(zhuǎn)的頂蓋取水流量及壓力在較高水頭時下降明顯（流量845 m3/h，壓力0.21MPa），各導(dǎo)軸承和推力瓦的溫度較水泵供水差異在1.0℃以內(nèi)，變化不明顯。

（2）頂蓋泄壓閥改造成功，實現(xiàn)自動控制啟閉，機組負(fù)荷達(dá)到250MW時，頂蓋壓力超過0.50MPa，頂蓋泄壓閥動作開啟泄壓，但需避免兩路頂蓋泄壓閥相同定值導(dǎo)致的泄壓時管路共振問題。

（3）帶負(fù)荷時，供水流量最高2 017m3/h，壓力最大0.48MPa，上、下水導(dǎo)軸承瓦溫上升不明顯，推力軸承瓦溫上升明顯，頂蓋取水流量和壓力隨著機組負(fù)荷的增加而逐步上升。

（4）最大負(fù)荷時，相關(guān)測值均達(dá)到頂值，推力溫度為76.1℃，超過原設(shè)定報警值75.0℃，后期調(diào)整報警溫度為80.0℃。

表2 第2階段試驗相關(guān)參數(shù)

（5）頂蓋取水機組低水頭下400MW、高水頭下100MW時與離心水泵供水流量相當(dāng)。

（6）全負(fù)荷段，機組各部位振擺值均在允許范圍內(nèi)，未見明顯異常。

（7）頂蓋取水時，轉(zhuǎn)輪與頂蓋之間壓力升高，機組主軸密封漏水有一定增加，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)頂蓋排水泵每日啟動次數(shù)由22次增加到25次左右，需加強對頂蓋排水泵的日常監(jiān)視。

2.6 第3階段試驗及結(jié)果

該階段試驗?zāi)康氖菫轫斏w取水投入長期運行積累經(jīng)驗，檢驗機組運行中調(diào)整負(fù)荷對頂蓋泄壓安全閥的影響，并進(jìn)一步完善設(shè)備定值。在＃4機組進(jìn)行試驗，試驗水位164m。

（1）試驗前將機組技術(shù)供水壓力低定值由0.25 MPa調(diào)整為0.15 MPa，將技術(shù)供水流量低定值由1499m3/h改為500m3/h；為避免開機過程中由于導(dǎo)軸承流量低而造成開機失敗，將上導(dǎo)流量低定值調(diào)整為額定流量的10.0%，下導(dǎo)和水導(dǎo)流量低定值調(diào)整為額定流量的22.5%，推力流量低定值調(diào)整為額定流量的20.0%。

（2）機組帶負(fù)荷時多次增減負(fù)荷，檢驗頂蓋泄壓安全閥的動作和復(fù)位情況［5］，記錄相關(guān)的運行參數(shù)。

（3）試驗結(jié)果表明，機組以頂蓋取水方式開機成功，并能長期帶負(fù)荷運行，頂蓋泄壓安全閥動作和復(fù)位功能正常。

3 結(jié)論

（1）＃2機組作為糯扎渡水電廠首臺頂蓋取水功能投入的機組，自2016年6月1日以頂蓋取水方式開機成功并運行以來，已持續(xù)運行近40天，機組運行狀況良好；在后續(xù)的＃4，＃5，＃8機組上投入頂蓋取水功能，促進(jìn)了該技術(shù)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用。

（2）頂蓋取水技術(shù)在糯扎渡水電廠的應(yīng)用，是該技術(shù)應(yīng)用于大型高水頭機組的又一突破，1個多月的運行實踐證明，頂蓋取水在全負(fù)荷段均能滿足機組冷卻水量和水壓的要求，節(jié)能作用明顯。

［1］馬彩萍，劉國鋒.臥龍臺水電站頂蓋取水技術(shù)特色［J］.西北水電，2005（3）：42-45.

［2］武賽波.頂蓋取水技術(shù)在天生橋一級電站的應(yīng)用［J］.云南水力發(fā)電，2002，18（1）：83-86.

［3］朱麗輝，武賽波.小灣水電站頂蓋取水試驗研究［J］.大電機技術(shù)，2013（2）：63-66.

［4］張奇.頂蓋取水作為機組技術(shù)供水的不適性研究［J］.華電技術(shù)，2015，37（9）：17-18，21.

［5］鄭昌銀，李濤.木座水電站機組頂蓋取水問題探討［J］.四川水利，2009，30（1）：31-32.

（本文責(zé)編：白銀雷）

TV 734.1

B

1674-1951（2016）11-0007-04

李政（1982—），男，云南玉龍人，工程師，從事生產(chǎn)技術(shù)管理方面的工作（E-mail：willfulman＠163.com）。

2016-07-29；

2016-09-10

燕翔（1985—），男，湖南桃源人，工程師，從事生產(chǎn)技術(shù)管理方面的工作（E-mail：158401403＠qq.com）。

王選凡（1988—），男，云南硯山人，工程師，從事機電設(shè)備管理方面的工作（E-mail：71260365＠qq.com）。