劉殿興 張衡 李江濤 李賀寶 李長勇 趙江

摘? 要：抽水蓄能機(jī)組具有轉(zhuǎn)速高、容量大以及工況轉(zhuǎn)換頻繁的特點(diǎn)，在電網(wǎng)中通常承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的任務(wù)，其狀態(tài)直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。北京十三陵抽水蓄能電廠是北京市唯一的抽水蓄能電站，該電站裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為200MW的可逆式水泵水輪機(jī)組，機(jī)組于1997年6月全部投運(yùn)。被喻為“點(diǎn)亮首都北京的最后一根火柴”，承擔(dān)著重要的政治保電任務(wù)。隨著機(jī)組服役年限的不斷增加，水泵水輪機(jī)部件可能會(huì)產(chǎn)生必要的空蝕、磨蝕、磨損或疲勞，造成機(jī)組性能下降，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致故障，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來較大的隱患。該文是根據(jù)《十三陵抽水蓄能電站3號(hào)機(jī)組水泵水輪機(jī)主要部件狀態(tài)評(píng)估檢查表》，依據(jù)《水泵水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》的評(píng)分原則，對(duì)該機(jī)組主要部件進(jìn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果提出相應(yīng)的處理建議，為電站后期的運(yùn)維提供參考，并為其他電站水泵水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)估提供借鑒。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站? 水泵水輪機(jī)? 狀態(tài)評(píng)價(jià)體系? 評(píng)估模型

中圖分類號(hào)：TK734? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2020）09（b）-0046-06

Status Evaluation of Pump Turbine in Shisanling Power Station

LIU Dianxing1? ZHANG Heng1? LI Jiangtao1? LI Hebao1? LI Changyong2? ZHAO Jiang2

（1.State Grid Xinyuan Shisanling Pumped Storage Power Plant， Beijing， 102200 China; 2.Voith Hydro Shanghai Co.， Ltd.， Shanghai， 200240? China）

Abstract： Special features of the power units are obvious as high speed， large capacity and fast transition for load transfer. The units are usually playing more important roles in the grid as peak load adjustment， frequently operating in partial load， condense operations and standby. Operational safety， reliability and stability become more important and critical. Beijing Shisanling Pumped storage Power Plantis the only Pumped Storage Power Station in Beijing. Four reversible pump-turbine units with a capacity of 200 MW per unit were installed in the power station. All units were put into operation in June 1997. It has been described as "the last match to light up the capital of Beijing" and undertakes an important political task of power conservation. With the increasing service life of the unit， the gradual cavitation， abrasion， wear or fatigue may occur in the components of the pump turbine， which may cause the performance of the unit to decline， even lead to failure in serious cases， and bring greater hidden dangers to the safe， stable and reliable operation of the unit. This paper evaluates the condition of the main components of the pump turbine according to State evaluation checklist of the main components of the U3 pump turbine for Shisanling Pumped Storage Power Station and the scoring principle in Guideline of Condition Assessment Pump Turbine. Based on the evaluation results， it puts forward corresponding treatment suggestions for the later operation and maintenance of the power station. It can be reference for the condition evaluation of other PSP pump turbines.

Key Words： Pump storage power plant; Pump turbine; Condition assessment system; Evaluation model

抽水蓄能機(jī)組具有轉(zhuǎn)速高、容量大以及工況轉(zhuǎn)換頻繁的特點(diǎn)，在電網(wǎng)中通常承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的任務(wù)，其狀態(tài)直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。十三陵抽水蓄能電站裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為200MW的可逆式水泵水輪機(jī)組，4臺(tái)機(jī)機(jī)組于1997年6月全部投運(yùn)。隨著機(jī)組服役年限的不斷增加，水泵水輪機(jī)部件可能會(huì)產(chǎn)生必要的空蝕、磨蝕、磨損或疲勞，導(dǎo)致機(jī)組性能下降，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致機(jī)組故障，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來較大的隱患。因此，有必要對(duì)水泵水輪機(jī)的主要部件開展?fàn)顟B(tài)評(píng)價(jià)研究，以便識(shí)別、分析和評(píng)估潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，為水泵水輪機(jī)的檢修維護(hù)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)，保障抽水蓄能機(jī)組的可靠安全穩(wěn)定運(yùn)行。該文是根據(jù)十三陵電廠日常運(yùn)行、檢修檢查記錄，并在大修期間采用測(cè)量，探傷等手段對(duì)關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行檢查，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理形成檢查表《十三陵抽水蓄能電站3號(hào)機(jī)組水泵水輪機(jī)主要部件狀態(tài)評(píng)估檢查表》，然后依據(jù)《水泵水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》的評(píng)分原則，對(duì)該機(jī)組主要部件狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果提出相應(yīng)的處理建議，為電站后期的運(yùn)維提供參考，并為其他電站水泵水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)估提供借鑒。

1? 狀態(tài)評(píng)價(jià)部件和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

根據(jù)十三陵電站水泵水輪機(jī)的特點(diǎn)，評(píng)價(jià)主要部件包括尾水錐管、蝸殼座環(huán)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、主軸、水導(dǎo)軸承、主軸密封、伸縮節(jié)（主進(jìn)水閥）。評(píng)價(jià)準(zhǔn)則以《水泵水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》試用版為依據(jù)。

2? 主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)流程

主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)主要分為3個(gè)流程，具體見圖2。首先，由電站根據(jù)運(yùn)行，維護(hù)數(shù)據(jù)和檢修記錄按標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)評(píng)估檢查表進(jìn)行記錄整理。其次，對(duì)照水泵水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各部件各狀態(tài)量進(jìn)行評(píng)分，并根據(jù)扣分情況對(duì)部件或整個(gè)機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。最后，根據(jù)各部套或整個(gè)機(jī)組評(píng)估狀態(tài)提出相應(yīng)的運(yùn)維建議。

3? 主要部件檢查表

水泵水輪機(jī)作為一個(gè)系統(tǒng)，其主要部件包括蝸殼座環(huán)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（包括頂蓋、底環(huán)、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉套筒、拐臂及連桿、控制環(huán)、導(dǎo)葉接力器）轉(zhuǎn)輪、水導(dǎo)軸承、主軸及主軸密封。主要部件狀態(tài)評(píng)估檢查表作為部件狀態(tài)評(píng)估的輸入文件，總體涵蓋了各主要部件狀態(tài)評(píng)估狀態(tài)量，信息分為以下幾部分：基本參數(shù)、外觀檢查記錄、NDT無損探傷、測(cè)量以及附圖/照片。

該文選取尾水錐管為示例，對(duì)狀態(tài)檢查表進(jìn)行描述。

3.1 基本參數(shù)

主要基本參數(shù)為部件基本特征，作為部件設(shè)計(jì)和運(yùn)行基本要素，直接影響機(jī)組的壽命和運(yùn)行狀態(tài)，尾水錐管主要參數(shù)及運(yùn)行時(shí)間具體見表1。

3.2 外觀檢查

對(duì)部件進(jìn)行整體外觀檢查，以評(píng)估部件整體運(yùn)行情況和以及和關(guān)聯(lián)部件的接口，尾水錐管外觀檢查及業(yè)主反饋信息具體見表2。

3.3 注意事項(xiàng)

檢查時(shí)需注意重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，以評(píng)估部件最惡劣的情況，有效排除可能故障，檢查時(shí)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域具體見表3。

3.4 NDT無損探傷

根據(jù)現(xiàn)場情況對(duì)部件注意關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行NDT探傷檢查，結(jié)果具體見表4。

3.5 測(cè)量

錐管本體和油漆厚度測(cè)量情況具體見表5。

4? 主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)

在參考電流互感器狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則和設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估導(dǎo)則的基礎(chǔ)上，該文依據(jù)確定的水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)估檢查表里的記錄，對(duì)部件狀態(tài)打分。表6為水輪主要部件狀態(tài)評(píng)估檢查表的一部分尾水錐管狀態(tài)評(píng)價(jià)作為示例。

5? 評(píng)價(jià)

最后根據(jù)各部件的扣分情況，匯總形成最終的評(píng)價(jià)報(bào)告，并根據(jù)部件評(píng)價(jià)給出相應(yīng)的處理建議，可為機(jī)組的檢修維護(hù)工作決策提供參考依據(jù)。十三陵抽水蓄能電站機(jī)組額定水頭430m，額定出力為200MW，額定流量為53.6m3/s，額定轉(zhuǎn)速為500rpm。其中3號(hào)機(jī)于1996年12月投入商業(yè)運(yùn)營，上次檢修日期為2019年5月，該報(bào)告以上次檢修的記錄為依據(jù)對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。

（1）根據(jù)檢修記錄尾水管局部油漆脫落，壓氣管接口焊縫空蝕和腐蝕較嚴(yán)重。根據(jù)表6水輪機(jī)主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知尾水管單項(xiàng)最大扣分值為16，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知尾水管處于正常狀態(tài)。根據(jù)狀態(tài)評(píng)估結(jié)果建議利用檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)空蝕、腐蝕區(qū)域打磨、補(bǔ)焊、補(bǔ)漆，空蝕區(qū)域的打磨需光滑過渡。

（2）根據(jù)檢修記錄蝸殼座環(huán)存在局部的腐蝕，固定導(dǎo)葉局部氣蝕。根據(jù)表6水輪機(jī)主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知蝸殼座環(huán)單項(xiàng)最大扣分值為45，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知蝸殼座環(huán)處于正常狀態(tài)。根據(jù)狀態(tài)評(píng)估結(jié)果建議對(duì)腐蝕，油漆脫落區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)漆，按廠家提供的修補(bǔ)工藝對(duì)固定導(dǎo)葉進(jìn)行修補(bǔ)。

（3）根據(jù)檢修記錄頂蓋、底環(huán)抗磨板均存在不同程度的磨損，且頂蓋底環(huán)局部空蝕銹蝕，頂蓋/底環(huán)固定止漏環(huán)偏磨嚴(yán)重，活動(dòng)導(dǎo)葉局部空蝕、碰傷，個(gè)別存在上下端邊緣破損，套筒內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重，固定螺栓存在斷裂，軸套潤滑脂有脫落情況軸承。根據(jù)表6水輪機(jī)主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知導(dǎo)水機(jī)構(gòu)單項(xiàng)最大扣分值為72，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知導(dǎo)水機(jī)構(gòu)處于異常狀態(tài)。建議對(duì)抗磨板、止漏環(huán)進(jìn)行更換，在更換時(shí)需要注意相應(yīng)的定位基準(zhǔn)和間隙，對(duì)導(dǎo)葉套筒及固定螺栓、導(dǎo)葉軸承進(jìn)行更換，對(duì)過流面局部空蝕、銹蝕進(jìn)行打磨修復(fù)并補(bǔ)漆。

（4）根據(jù)檢修記錄轉(zhuǎn)輪葉片表面輕微空蝕。根據(jù)表6水輪機(jī)主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知轉(zhuǎn)輪單項(xiàng)最大扣分值為40，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知轉(zhuǎn)輪處于注意狀態(tài)。根據(jù)評(píng)估結(jié)果建議對(duì)葉片空蝕區(qū)域進(jìn)行拋磨處理。

（5）根據(jù)檢修記錄主軸情況良好。根據(jù)表6水輪機(jī)主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知主軸單項(xiàng)最大扣分值為10，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知主軸處于正常狀態(tài)。根據(jù)評(píng)估結(jié)果主軸不用進(jìn)行任何處理。

（6）根據(jù)檢修記錄水導(dǎo)軸承情況總體良好，個(gè)別導(dǎo)瓦存在局部磨損。根據(jù)表6水輪機(jī)主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知水導(dǎo)軸承單項(xiàng)最大扣分值為15，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知水導(dǎo)軸承處于正常狀態(tài)。根據(jù)評(píng)估結(jié)果建議對(duì)磨損的導(dǎo)瓦進(jìn)行更換。

（7）根據(jù)檢修記錄主軸密封情況總體良好，嵌入密封環(huán)剩余磨損量3mm。根據(jù)表6水輪機(jī)主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知水導(dǎo)軸承單項(xiàng)最大扣分值為15，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評(píng)價(jià)表可知水導(dǎo)軸承處于正常狀態(tài)。根據(jù)評(píng)估結(jié)果建議對(duì)嵌入密封環(huán)和O型圈進(jìn)行更換。

6? 結(jié)語

水泵水輪機(jī)的狀態(tài)評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，該文基于水泵水輪機(jī)評(píng)價(jià)導(dǎo)則，對(duì)狀態(tài)量按實(shí)際檢查的項(xiàng)目進(jìn)行了分化，并歸納成檢查表，然后按檢查表的記錄對(duì)各部件的狀態(tài)量進(jìn)行打分，實(shí)現(xiàn)了水泵水輪機(jī)系統(tǒng)及主要部件的狀態(tài)的量化評(píng)價(jià)，為機(jī)組的檢修維護(hù)工作提供決策依據(jù)，并為水泵水輪機(jī)評(píng)價(jià)導(dǎo)則的運(yùn)行進(jìn)行了實(shí)踐運(yùn)用，對(duì)其他水泵水輪機(jī)的狀態(tài)評(píng)價(jià)具有一定的參考意義。

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