探究电站增容的优化方案

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1概况

水机构的导叶开度又是按112.6MW考虑，发电机、主变压器等相关主要电气设备按单机容量110MW设计。由于电站建设时水轮机没有合适的转轮，已生产的转轮只能满足出力100MW的要求，造成水轮机出力(100MW）与发电机容量(110MW）不匹配。水电站位于大渡河中下游，原装有7台由东方电机生产的单机容量为100MW的混流式水轮发电机组，水轮机型号为HL220-LJ-550，于1971～1978年相继投运，连续运行已达30余年。电站在系统中承担调峰、调频和事故备用等重要任务。水电站原机组水轮机埋入部分的强度均是按高坝工程(设计水头为100m）设计；水轮机其余部分如转动部分、导水机构等按低坝（现有设计水位）进行设计，而导随着时间的推移和大渡河流域环境的恶化，水库泥砂淤积严重，已无调节库容，过机含沙量较大（富含坚硬的金刚砂），水轮机过流部件泥沙磨蚀现象越来越严重，多次出现水轮机顶盖、止漏环磨蚀破坏、引水盖板开裂等事故；更有甚者，原HL702转轮叶片与下环交接处压力侧泥沙磨损严重，负压面存在汽蚀破坏，叶片与上冠交接处出水边附近亦存在裂纹。这些已成为严重影响机组安全运行的隐患。所以，大渡河公司决定将该水轮机实施增容改造，以满足电站水力发电机组安全、可靠、连续、稳定运行的需要。

2.#1和#5水轮机的增容改造

由于#5机（高尾水管）位于河床中心，泥沙淤积最严重，所以磨蚀破坏也较#1机（短尾水管）严重。#1、#5机出现这些问题后，东方电机多次派技术人员到工地听取用户介绍，实地观测顶盖转轮止漏环处穿孔及噪音大小，并将上述情况的照片及录音反馈给GE公司，请GE公司协助分析诱因及提供改进的措施。#1、#5机组相继于2003年4月和2004年4月完成了机组的增容改造。机组投入商业运行后，水轮机在空载运行及部分负荷区（20MW～40MW）运行时存在较大的压力脉动，产生明显的振动和强烈的啸叫声，水轮机机坑及尾水管内出现异常噪音，伴随着该异常噪音，尾水管进人门处出现较大的水力振动。2005年6月12日起，#5机转轮上冠止漏环对应处的顶盖上环板发生数次穿孔冒水现象、转轮止漏环上部出现磨蚀破坏现象，继后#1机亦有类似磨蚀破坏发生。

水电站#1、#5机增容改造项目，采用技贸结合方式，东方电机为合同主供货方，原加拿大GE公司为技术支持方和分包方，并提供水轮机转轮硬件及全套改造技术资料，水轮机转轮采用GEHy-dro的F634-13转轮，由加拿大GE公司生产制造，其他配套改造部件由东方电机制造。

3问题的分析

针对#1、#5机出现的这些问题，我公司非常重视，并多次会同老专家及业务骨干对其诱因进行分析。顶盖与转轮止漏环间隙改造前后转轮止漏环数据。#1、#5机转轮止漏环间隙及高度的减小，导致通过转轮止漏环进入转轮上冠的水流流速加大；而转轮上冠上端面与顶盖之间距离又偏小（仅29mm），这股夹杂坚硬金刚砂的高流速水流强烈冲击正对转轮止漏环上方的顶盖上环板区域，经过长期的作用，表面出现局部金属失重，导致顶盖上环板处水力不光滑，并进一步诱导汽蚀破坏的发生及加剧。转轮止漏环结构#1、#5机转轮止漏环上部与转轮本体合缝处存在2mm的间隙，亦会诱发间隙汽蚀破坏，使转轮止漏环上部出现凹坑，这样就在转轮止漏环上部区域形成一股高强度的漩涡，泥砂磨损及汽蚀破坏的联合作用导致转轮止漏环上部出现磨蚀破坏并殃及到顶盖止漏环区域，破坏顶盖止漏环的焊缝，极有可能致使顶盖止漏环脱落而危及机组的安全运行。泄水孔#1、#5机转轮泄水孔排水面积与止漏环缝隙面积之比值K的加大，使转轮止漏系统的压差加大，导致进入转轮上冠止漏环密封处的漏水量加大，这大量进入到转轮上冠处的含泥沙水流亦会导致转轮上冠泥沙磨蚀的加剧。2005年11月，国电大渡河公司在成都组织国内知名水电专家，针对#1、#5水轮机磨蚀破坏原因进行了分析讨论，会议审查意见认为#1、#5水轮机顶盖上环板穿孔、止漏环和转轮上冠上平面磨蚀破坏原因有以下：水轮机转轮止漏环高度、间隙配合不合理；转轮上冠上端面与顶盖之间距离偏小；转轮上冠空腔大；转轮泄水孔排水面积与止漏环缝隙面积之比值偏大。

4.#5机的顶盖的处理

2005年8月，为满足当时#5机丰水期的发电需要，我们提供了应急处理方案，对磨蚀破坏较严重的#5机顶盖、转轮上冠止漏环进行第一次修配在电厂进行的主要工作如下：对转轮上冠止漏环与转轮本体之间的合缝上下部位、转轮上冠磨损处凹陷位置均进行堆焊，并对高点部位进行打磨，达到平缓过渡为准。对顶盖上环板磨损处凹陷的沟槽进行堆焊并焊满，焊完后对顶盖进行加工，加工完后应保证转轮上方对应的顶盖上环板不锈钢层厚度不小于5mm。(3)转轮与顶盖的止漏间隙在原基础上单边放大不超过0.5mm，工地须实测转轮上冠止漏环外径，根据实测尺寸按照放大后的单边止漏间隙配加工顶盖止漏环内径。用钢板封堵转轮上冠处4个泄水孔，以减小转轮泄水孔的泄漏面积。#5机的顶盖的第二次处理2007年2月，电厂根据GE公司提供的修复方案对#5机顶盖进行第二次修复。GE公司确定其提供的修配方案主要是为改善转轮上冠处较大空腔内的水流流态，避免顶盖磨蚀穿孔及转轮上冠磨蚀破坏，另还兼有避免机组振动的作用。其修配工作主要有以下：修复顶盖及转轮上冠磨蚀破坏区域；在顶盖上环板处增加导流板；在转轮上冠处增设密封环，其目的是与顶盖导流板之间形成一道缝隙密封以减小漏水。2007年11月8日，电站提供了GE方案在#5水轮机上的实施效果情况：#5水轮机改造后经过半年多的运行，转轮止漏环正对顶盖上环板处仍有大量磨蚀沟槽存在（沟槽深5～8mm、宽35mm左右），认定对#5水轮机的修复方案未起到应有的效果。为此，国电大渡河公司要求在完善#1、#5机修复方案的同时，后续机组的改造应采取有效措施防止泥沙磨蚀及空蚀破坏的发生。

作者：马拉霍单位：西藏水利水电局