探究電站增容的優(yōu)化方案
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1概況
水機(jī)構(gòu)的導(dǎo)葉開(kāi)度又是按112.6MW考慮，發(fā)電機(jī)、主變壓器等相關(guān)主要電氣設(shè)備按單機(jī)容量110MW設(shè)計(jì)。由于電站建設(shè)時(shí)水輪機(jī)沒(méi)有合適的轉(zhuǎn)輪，已生產(chǎn)的轉(zhuǎn)輪只能滿足出力100MW的要求，造成水輪機(jī)出力(100MW）與發(fā)電機(jī)容量(110MW）不匹配。水電站位于大渡河中下游，原裝有7臺(tái)由東方電機(jī)生產(chǎn)的單機(jī)容量為100MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號(hào)為HL220-LJ-550，于1971～1978年相繼投運(yùn)，連續(xù)運(yùn)行已達(dá)30余年。電站在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等重要任務(wù)。水電站原機(jī)組水輪機(jī)埋入部分的強(qiáng)度均是按高壩工程(設(shè)計(jì)水頭為100m）設(shè)計(jì)；水輪機(jī)其余部分如轉(zhuǎn)動(dòng)部分、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等按低壩（現(xiàn)有設(shè)計(jì)水位）進(jìn)行設(shè)計(jì)，而導(dǎo)隨著時(shí)間的推移和大渡河流域環(huán)境的惡化，水庫(kù)泥砂淤積嚴(yán)重，已無(wú)調(diào)節(jié)庫(kù)容，過(guò)機(jī)含沙量較大（富含堅(jiān)硬的金剛砂），水輪機(jī)過(guò)流部件泥沙磨蝕現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，多次出現(xiàn)水輪機(jī)頂蓋、止漏環(huán)磨蝕破壞、引水蓋板開(kāi)裂等事故；更有甚者，原HL702轉(zhuǎn)輪葉片與下環(huán)交接處壓力側(cè)泥沙磨損嚴(yán)重，負(fù)壓面存在汽蝕破壞，葉片與上冠交接處出水邊附近亦存在裂紋。這些已成為嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行的隱患。所以，大渡河公司決定將該水輪機(jī)實(shí)施增容改造，以滿足電站水力發(fā)電機(jī)組安全、可靠、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行的需要。
2.#1和#5水輪機(jī)的增容改造
由于#5機(jī)（高尾水管）位于河床中心，泥沙淤積最嚴(yán)重，所以磨蝕破壞也較#1機(jī)（短尾水管）嚴(yán)重。#1、#5機(jī)出現(xiàn)這些問(wèn)題后，東方電機(jī)多次派技術(shù)人員到工地聽(tīng)取用戶介紹，實(shí)地觀測(cè)頂蓋轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)處穿孔及噪音大小，并將上述情況的照片及錄音反饋給GE公司，請(qǐng)GE公司協(xié)助分析誘因及提供改進(jìn)的措施。#1、#5機(jī)組相繼于2003年4月和2004年4月完成了機(jī)組的增容改造。機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行后，水輪機(jī)在空載運(yùn)行及部分負(fù)荷區(qū)（20MW～40MW）運(yùn)行時(shí)存在較大的壓力脈動(dòng)，產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和強(qiáng)烈的嘯叫聲，水輪機(jī)機(jī)坑及尾水管內(nèi)出現(xiàn)異常噪音，伴隨著該異常噪音，尾水管進(jìn)人門處出現(xiàn)較大的水力振動(dòng)。2005年6月12日起，#5機(jī)轉(zhuǎn)輪上冠止漏環(huán)對(duì)應(yīng)處的頂蓋上環(huán)板發(fā)生數(shù)次穿孔冒水現(xiàn)象、轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)上部出現(xiàn)磨蝕破壞現(xiàn)象，繼后#1機(jī)亦有類似磨蝕破壞發(fā)生。
水電站#1、#5機(jī)增容改造項(xiàng)目，采用技貿(mào)結(jié)合方式，東方電機(jī)為合同主供貨方，原加拿大GE公司為技術(shù)支持方和分包方，并提供水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪硬件及全套改造技術(shù)資料，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪采用GEHy-dro的F634-13轉(zhuǎn)輪，由加拿大GE公司生產(chǎn)制造，其他配套改造部件由東方電機(jī)制造。
3問(wèn)題的分析
針對(duì)#1、#5機(jī)出現(xiàn)的這些問(wèn)題，我公司非常重視，并多次會(huì)同老專家及業(yè)務(wù)骨干對(duì)其誘因進(jìn)行分析。頂蓋與轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)間隙改造前后轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)數(shù)據(jù)。#1、#5機(jī)轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)間隙及高度的減小，導(dǎo)致通過(guò)轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪上冠的水流流速加大；而轉(zhuǎn)輪上冠上端面與頂蓋之間距離又偏?。▋H29mm），這股夾雜堅(jiān)硬金剛砂的高流速水流強(qiáng)烈沖擊正對(duì)轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)上方的頂蓋上環(huán)板區(qū)域，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的作用，表面出現(xiàn)局部金屬失重，導(dǎo)致頂蓋上環(huán)板處水力不光滑，并進(jìn)一步誘導(dǎo)汽蝕破壞的發(fā)生及加劇。轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)結(jié)構(gòu)#1、#5機(jī)轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)上部與轉(zhuǎn)輪本體合縫處存在2mm的間隙，亦會(huì)誘發(fā)間隙汽蝕破壞，使轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)上部出現(xiàn)凹坑，這樣就在轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)上部區(qū)域形成一股高強(qiáng)度的漩渦，泥砂磨損及汽蝕破壞的聯(lián)合作用導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)上部出現(xiàn)磨蝕破壞并殃及到頂蓋止漏環(huán)區(qū)域，破壞頂蓋止漏環(huán)的焊縫，極有可能致使頂蓋止漏環(huán)脫落而危及機(jī)組的安全運(yùn)行。泄水孔#1、#5機(jī)轉(zhuǎn)輪泄水孔排水面積與止漏環(huán)縫隙面積之比值K的加大，使轉(zhuǎn)輪止漏系統(tǒng)的壓差加大，導(dǎo)致進(jìn)入轉(zhuǎn)輪上冠止漏環(huán)密封處的漏水量加大，這大量進(jìn)入到轉(zhuǎn)輪上冠處的含泥沙水流亦會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪上冠泥沙磨蝕的加劇。2005年11月，國(guó)電大渡河公司在成都組織國(guó)內(nèi)知名水電專家，針對(duì)#1、#5水輪機(jī)磨蝕破壞原因進(jìn)行了分析討論，會(huì)議審查意見(jiàn)認(rèn)為#1、#5水輪機(jī)頂蓋上環(huán)板穿孔、止漏環(huán)和轉(zhuǎn)輪上冠上平面磨蝕破壞原因有以下：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)高度、間隙配合不合理；轉(zhuǎn)輪上冠上端面與頂蓋之間距離偏小；轉(zhuǎn)輪上冠空腔大；轉(zhuǎn)輪泄水孔排水面積與止漏環(huán)縫隙面積之比值偏大。
4.#5機(jī)的頂蓋的處理
2005年8月，為滿足當(dāng)時(shí)#5機(jī)豐水期的發(fā)電需要，我們提供了應(yīng)急處理方案，對(duì)磨蝕破壞較嚴(yán)重的#5機(jī)頂蓋、轉(zhuǎn)輪上冠止漏環(huán)進(jìn)行第一次修配在電廠進(jìn)行的主要工作如下：對(duì)轉(zhuǎn)輪上冠止漏環(huán)與轉(zhuǎn)輪本體之間的合縫上下部位、轉(zhuǎn)輪上冠磨損處凹陷位置均進(jìn)行堆焊，并對(duì)高點(diǎn)部位進(jìn)行打磨，達(dá)到平緩過(guò)渡為準(zhǔn)。對(duì)頂蓋上環(huán)板磨損處凹陷的溝槽進(jìn)行堆焊并焊滿，焊完后對(duì)頂蓋進(jìn)行加工，加工完后應(yīng)保證轉(zhuǎn)輪上方對(duì)應(yīng)的頂蓋上環(huán)板不銹鋼層厚度不小于5mm。(3)轉(zhuǎn)輪與頂蓋的止漏間隙在原基礎(chǔ)上單邊放大不超過(guò)0.5mm，工地須實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)輪上冠止漏環(huán)外徑，根據(jù)實(shí)測(cè)尺寸按照放大后的單邊止漏間隙配加工頂蓋止漏環(huán)內(nèi)徑。用鋼板封堵轉(zhuǎn)輪上冠處4個(gè)泄水孔，以減小轉(zhuǎn)輪泄水孔的泄漏面積。#5機(jī)的頂蓋的第二次處理2007年2月，電廠根據(jù)GE公司提供的修復(fù)方案對(duì)#5機(jī)頂蓋進(jìn)行第二次修復(fù)。GE公司確定其提供的修配方案主要是為改善轉(zhuǎn)輪上冠處較大空腔內(nèi)的水流流態(tài)，避免頂蓋磨蝕穿孔及轉(zhuǎn)輪上冠磨蝕破壞，另還兼有避免機(jī)組振動(dòng)的作用。其修配工作主要有以下：修復(fù)頂蓋及轉(zhuǎn)輪上冠磨蝕破壞區(qū)域；在頂蓋上環(huán)板處增加導(dǎo)流板；在轉(zhuǎn)輪上冠處增設(shè)密封環(huán)，其目的是與頂蓋導(dǎo)流板之間形成一道縫隙密封以減小漏水。2007年11月8日，電站提供了GE方案在#5水輪機(jī)上的實(shí)施效果情況：#5水輪機(jī)改造后經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)行，轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)正對(duì)頂蓋上環(huán)板處仍有大量磨蝕溝槽存在（溝槽深5～8mm、寬35mm左右），認(rèn)定對(duì)#5水輪機(jī)的修復(fù)方案未起到應(yīng)有的效果。為此，國(guó)電大渡河公司要求在完善#1、#5機(jī)修復(fù)方案的同時(shí)，后續(xù)機(jī)組的改造應(yīng)采取有效措施防止泥沙磨蝕及空蝕破壞的發(fā)生。
作者：馬拉霍單位：西藏水利水電局
