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(jī)組頂蓋取水試驗(yàn)

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(jī)組頂蓋取水試驗(yàn)的措施和方法，在試驗(yàn)過(guò)程中解決了一些難題，使試驗(yàn)取得了成功，可為同類機(jī)組開展相關(guān)試驗(yàn)提供參考。

水電廠；大型機(jī)組；水輪機(jī)；頂蓋取水；冷卻水；取水試驗(yàn)

1 電站概況及機(jī)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(jiǎn)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(jí)規(guī)劃“二庫(kù)八級(jí)”電站的第5級(jí)，電站裝機(jī)容量為5 850 MW，是瀾滄江上最大的電站。

電站機(jī)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(jì)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(yàn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)要求在電站機(jī)組投產(chǎn)后進(jìn)行試驗(yàn)，取得成功后才能作為主用取水方式。國(guó)內(nèi)電站在大型機(jī)組中開展了一系列頂蓋取水試驗(yàn)，但真正成功投入運(yùn)行的極少。

1.2 機(jī)組主要參數(shù)

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

自2012年9月首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)至2015年12月，所有機(jī)組一直采用離心水泵供水，機(jī)組冷卻用水設(shè)計(jì)參數(shù)為：發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承，50m3/h，0.20～0.40 MPa；發(fā)電機(jī)推力軸承，400m3/h，0.20～0.40MPa；發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承，80m3/h，0.20～0.40MPa；發(fā)電機(jī)空氣冷卻器，1200m3/h，0.20～0.40MPa；水輪機(jī)水導(dǎo)軸承，80m3/h，0.20～0.40MPa。以上5項(xiàng)合計(jì)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(yàn)

2.1 試驗(yàn)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(jī)組冷卻用水時(shí)，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(shí)，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(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)

2.2 頂蓋取水優(yōu)勢(shì)

頂蓋取水為技術(shù)供水的試驗(yàn)性方案，如果試驗(yàn)取得成功，可作為機(jī)組主用供水水源。其最大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能［2］，目前電站單臺(tái)機(jī)組離心水泵供水日均消耗7000MW·h，耗能嚴(yán)重，對(duì)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(diǎn)。

2.3 試驗(yàn)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(duì)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(jī)狀態(tài)下，檢查機(jī)組頂蓋取水電動(dòng)三通閥動(dòng)作的靈活性，手動(dòng)、自動(dòng)各切換3次。

（4）確認(rèn)各軸承軸瓦溫度信號(hào)回路正確，保證軸瓦溫度過(guò)高時(shí)能啟動(dòng)停機(jī)流程［3］。

（5）確認(rèn)機(jī)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(jì)及信號(hào)器，要求指示準(zhǔn)確［3］。（8）其他操作按手動(dòng)開機(jī)準(zhǔn)備，記錄各部起始溫度［3］。

（9）安排專人監(jiān)視、記錄水機(jī)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(jī)冷、熱風(fēng)溫度。

（12）安排專人在機(jī)組振擺保護(hù)盤柜監(jiān)視、記錄機(jī)組振動(dòng)擺度值。

（13）保持試驗(yàn)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元（LCU）柜、機(jī)械制動(dòng)柜、筒閥控制柜、發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）開關(guān)、調(diào)速器電氣柜、勵(lì)磁柜、高壓油頂起裝置、調(diào)速器機(jī)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(yàn)及結(jié)果

試驗(yàn)?zāi)康臑闄z驗(yàn)電站機(jī)組頂蓋取水的適用性，考慮到同類型機(jī)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(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象為＃3機(jī)組，運(yùn)行水頭193m。

2.4.1 手動(dòng)開機(jī)操作

（1）開機(jī)準(zhǔn)備工作完成后，手動(dòng)開機(jī)到額定轉(zhuǎn)速，機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行，記錄各部軸承水壓、機(jī)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(jī)組各部溫度穩(wěn)定后，停運(yùn)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(dòng)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(wú)法確切地檢查到頂蓋泄壓安全閥的動(dòng)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(guò)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(wú)繼續(xù)升高現(xiàn)象，機(jī)組運(yùn)行30min后方可繼續(xù)下一步試驗(yàn)。

（6）試驗(yàn)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(guò)程正常，各參數(shù)與先前水泵供水方式開機(jī)時(shí)基本一致。

2.4.2 空載下的試驗(yàn)

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

（2）調(diào)速器切至自動(dòng)控制方式運(yùn)行，機(jī)組自動(dòng)升壓到空載額定電壓，發(fā)電機(jī)空載運(yùn)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(jī)組正常運(yùn)行約30 min后，進(jìn)行帶負(fù)荷試驗(yàn)。

2.4.3 并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗(yàn)

（1）機(jī)組并網(wǎng)帶20MW負(fù)荷運(yùn)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(yùn)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(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，各負(fù)荷點(diǎn)停留10～30min不等，記錄相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.4.4 試驗(yàn)結(jié)果

（1）機(jī)組空轉(zhuǎn)時(shí)頂蓋取水的流量和壓力已達(dá)到水泵供水時(shí)的90%，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷100MW時(shí)，頂蓋取水和水泵供水各參數(shù)基本一致。負(fù)荷650MW時(shí)，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(yàn)中頂蓋泄壓閥無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以上數(shù)據(jù)需進(jìn)一步驗(yàn)證。

（2）試驗(yàn)時(shí)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(shì)；推力瓦溫隨機(jī)組負(fù)荷呈上升趨勢(shì)，650MW時(shí)短時(shí)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(dòng)作值為0.50MPa，試驗(yàn)中達(dá)到0.55MPa仍未動(dòng)作，人為立即干預(yù)使安全閥動(dòng)作泄壓排水，此時(shí)機(jī)組負(fù)荷250MW。

（4）機(jī)組振擺參數(shù)未見(jiàn)明顯差異，最大負(fù)荷時(shí)頂蓋抬升量為0.55mm，未超過(guò)規(guī)定值。

當(dāng)前水頭下，機(jī)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(yàn)證。

2.5 第2階段試驗(yàn)及結(jié)果

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

表1 第1階段試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)

2.5.1 試驗(yàn)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(gè)安全閥、3個(gè)銅質(zhì)手動(dòng)閥、1個(gè)壓力表等，具有手動(dòng)泄壓、控制水腔排出、頂蓋泄壓主閥打開，以及實(shí)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(dòng)監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)球閥、銅質(zhì)手動(dòng)球閥更換為不銹鋼球閥等，并將壓力信號(hào)送至機(jī)組技術(shù)供水控制柜，再送至監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)在監(jiān)控系統(tǒng)增加頂蓋壓力高、頂蓋泄壓閥的排水電動(dòng)閥故障報(bào)警等信號(hào)。

（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(dòng)作值，頂蓋水從泄壓閥排出。對(duì)三通閥控制功能進(jìn)行改造，使其能夠?qū)⑷ㄩy自動(dòng)切換至排水位，滿足離心水泵啟動(dòng)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(jī)組開機(jī)至空轉(zhuǎn)和停機(jī)過(guò)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(bào)警值適當(dāng)調(diào)低。

2.5.2＃2機(jī)組頂蓋取水試驗(yàn)過(guò)程

（1）模擬機(jī)組開機(jī)過(guò)程中，三通閥在排水位置無(wú)法動(dòng)作，技術(shù)供水方式由頂蓋取水切至水泵供水開機(jī)。

（2）機(jī)組由頂蓋取水方式自動(dòng)開機(jī)至空轉(zhuǎn)，機(jī)組空轉(zhuǎn)下模擬頂蓋取水壓力高（大于0.50MPa）三通閥動(dòng)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(yàn)。

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

（4）機(jī)組頂蓋取水并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗(yàn)，負(fù)荷點(diǎn)參照第1階段試驗(yàn)選取，空轉(zhuǎn)時(shí)2種供水方式對(duì)比，頂蓋取水時(shí)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(shí)，機(jī)組振擺情況良好，未見(jiàn)明顯變化，其余試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

2.5.3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）低水頭下，機(jī)組空轉(zhuǎn)的頂蓋取水流量及壓力在較高水頭時(shí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制啟閉，機(jī)組負(fù)荷達(dá)到250MW時(shí)，頂蓋壓力超過(guò)0.50MPa，頂蓋泄壓閥動(dòng)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(shí)管路共振問(wèn)題。

（3）帶負(fù)荷時(shí)，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(jī)組負(fù)荷的增加而逐步上升。

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

表2 第2階段試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)

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

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

（7）頂蓋取水時(shí)，轉(zhuǎn)輪與頂蓋之間壓力升高，機(jī)組主軸密封漏水有一定增加，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)頂蓋排水泵每日啟動(dòng)次數(shù)由22次增加到25次左右，需加強(qiáng)對(duì)頂蓋排水泵的日常監(jiān)視。

2.6 第3階段試驗(yàn)及結(jié)果

該階段試驗(yàn)?zāi)康氖菫轫斏w取水投入長(zhǎng)期運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)，檢驗(yàn)機(jī)組運(yùn)行中調(diào)整負(fù)荷對(duì)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(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)水位164m。

（1）試驗(yàn)前將機(jī)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(jī)過(guò)程中由于導(dǎo)軸承流量低而造成開機(jī)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(jī)組帶負(fù)荷時(shí)多次增減負(fù)荷，檢驗(yàn)頂蓋泄壓安全閥的動(dòng)作和復(fù)位情況［5］，記錄相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)。

（3）試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)組以頂蓋取水方式開機(jī)成功，并能長(zhǎng)期帶負(fù)荷運(yùn)行，頂蓋泄壓安全閥動(dòng)作和復(fù)位功能正常。

3 結(jié)論

（1）＃2機(jī)組作為糯扎渡水電廠首臺(tái)頂蓋取水功能投入的機(jī)組，自2016年6月1日以頂蓋取水方式開機(jī)成功并運(yùn)行以來(lái)，已持續(xù)運(yùn)行近40天，機(jī)組運(yùn)行狀況良好；在后續(xù)的＃4，＃5，＃8機(jī)組上投入頂蓋取水功能，促進(jìn)了該技術(shù)在國(guó)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(jī)組的又一突破，1個(gè)多月的運(yùn)行實(shí)踐證明，頂蓋取水在全負(fù)荷段均能滿足機(jī)組冷卻水量和水壓的要求，節(jié)能作用明顯。

［1］馬彩萍，劉國(guó)鋒.臥龍臺(tái)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(jí)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(yàn)研究［J］.大電機(jī)技術(shù)，2013（2）：63-66.

［4］張奇.頂蓋取水作為機(jī)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(jī)組頂蓋取水問(wèn)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(jī)電設(shè)備管理方面的工作（E-mail：71260365＠qq.com）。