高 欣，馬增軍，魏顯著

（1.哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040；2.哈動國家水力發(fā)電設(shè)備工程技術(shù)研究中心有限公司，黑龍江 哈爾濱 150040；3.水力發(fā)電設(shè)備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（哈爾濱大電機(jī)研究所），黑龍江 哈爾濱 150040）

1 前言

周寧抽水蓄能電站位于福建省寧德市周寧縣境內(nèi)，地處福建沿海 500 kV主網(wǎng)架附近，為閩東沿海北部新興能源基地和省網(wǎng)與華東區(qū)域電網(wǎng)連接處，距福州市、寧德市和南平市的公路里程分別為110 km、50 km和120 km，距寧德核電站、大唐寧德電廠分別約90 km、50 km，距寧德500 kV變電站約33 km，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，總裝機(jī)容量1 200 MW，裝機(jī)4臺，單機(jī)容量300 MW，主要開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，電站建成后承擔(dān)福建電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及備用等任務(wù)。哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司承擔(dān)周寧抽水蓄能電站全部4臺機(jī)組的水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動機(jī)和球閥以及調(diào)速器和自動化元件的設(shè)計(jì)制造工作。

哈電的荒溝、豐寧和周寧抽水蓄能電站（水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動機(jī)均為哈電制造）是哈電同水頭段同轉(zhuǎn)速（428.6 r/min）同時(shí)期設(shè)計(jì)的機(jī)組，對哈電來說均屬首次運(yùn)行，均具有挑戰(zhàn)性。周寧抽水蓄能機(jī)組1號和2號機(jī)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行前，豐寧和荒溝也只有1臺機(jī)剛剛數(shù)月前運(yùn)行，周寧的安裝調(diào)試部分借鑒了豐寧和荒溝項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。

周寧抽水蓄能機(jī)組于2021年底已完成現(xiàn)場1號和2號機(jī)的各項(xiàng)調(diào)試試驗(yàn)工作，目前均已通過15 d試運(yùn)行并已正式投入商業(yè)運(yùn)行。

2 水泵水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)與分析[1-3]

2.1 基本參數(shù)

2.2 水泵水輪機(jī)的整體結(jié)構(gòu)布置

周寧水泵水輪機(jī)采用立軸單級混流式水泵水輪機(jī)。機(jī)組采用上拆方式，水泵水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪、主軸、頂蓋等主要部件，均能在發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子拆走后，利用廠房吊車通過發(fā)電電動機(jī)定子內(nèi)徑將這些部件拆出和檢修，軸系采用兩段軸，由于高水頭高轉(zhuǎn)速發(fā)電電動機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸的原因，頂蓋采用分2瓣的結(jié)構(gòu)從發(fā)電電動機(jī)定子移出。尾水錐管與底環(huán)全部埋設(shè)在混凝土中?；顒訉?dǎo)葉的操作形式采用雙導(dǎo)葉接力器加控制環(huán)操作方式，即由2個導(dǎo)葉接力器驅(qū)動1個控制環(huán)，控制環(huán)通過連桿、導(dǎo)葉拐臂來操作活動導(dǎo)葉達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)組開度和開啟關(guān)閉導(dǎo)葉的作用（見圖1）。

蝸殼保壓澆筑混凝土，在混凝土澆筑前，對蝸殼進(jìn)行充水升壓，達(dá)到澆筑壓力后實(shí)施澆筑，當(dāng)蝸殼四周混凝土凝固度達(dá)到一定程度后，泄去內(nèi)水壓力。

水泵水輪機(jī)結(jié)構(gòu)總體劃分為埋入部分、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動部分、布置部分及輔助配套設(shè)備等。

圖1 水泵水輪機(jī)總裝圖

2.2.1 埋入部分

（1）尾水管里襯由肘管裝配和錐管裝配兩部分組成，尾水管流道截面尺寸與模型尾水管全模擬，采用全圓斷面。尾水錐管進(jìn)口至進(jìn)人門下方640 mm位置采用不銹鋼板制作，尾水管其余部分采用碳鋼鋼板。錐管上設(shè)有600 mm×800 mm進(jìn)人門，門下部設(shè)有檢查積水的小旋塞。進(jìn)人門把合螺栓設(shè)置專業(yè)放松墊片，錐管還設(shè)有供安裝尾水管檢修平臺所需的主梁支撐孔和副梁的懸掛吊盤座。

在錐管上設(shè)有充氣壓水管接口和充氣壓水輔助排氣管。在尾水管的最低部分開設(shè)有排水孔，排水口設(shè)置攔污柵，并提供手動蝸輪蝸桿不銹鋼球閥。在尾水管的上部開設(shè)技術(shù)供水排水口。

（2）蝸殼、座環(huán)

蝸殼座環(huán)的幾何尺寸與水力模型全模擬,蝸殼包角約345°，采用全圓斷面。蝸殼的設(shè)計(jì)壓力為7.45 MPa。座環(huán)為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，上下環(huán)板采用低合金抗撕裂鋼板，20只固定導(dǎo)葉采用鋼板制作，蝸殼選用低合金高強(qiáng)度性能優(yōu)良的鋼板。座環(huán)與蝸殼的全部焊縫進(jìn)行100%無損探傷檢查。蝸殼與座環(huán)在廠內(nèi)整體預(yù)裝并焊接，分2瓣發(fā)往工地。座環(huán)與底環(huán)采用螺栓把合聯(lián)接，座環(huán)與頂蓋之間采用下法蘭螺栓把合聯(lián)接結(jié)構(gòu)。靠近蝸殼尾部的4個固定導(dǎo)葉開有自流排水孔。蝸殼進(jìn)人門設(shè)置在球閥下游伸縮節(jié)上。

為保證導(dǎo)葉的端面間隙[4]，在座環(huán)與頂蓋、底環(huán)的配合表面工地預(yù)留0.5 mm的工地配磨余量，在工地采用哈電提供的打磨設(shè)備進(jìn)行配磨，配磨前需準(zhǔn)確測量導(dǎo)葉瓣體高度、頂蓋和底環(huán)以及座環(huán)澆筑后相應(yīng)位置的高度，以便為打磨提供準(zhǔn)確的數(shù)值。

在蝸殼上設(shè)有11個壓力測點(diǎn)，其中4個蝸殼進(jìn)口壓力測點(diǎn)（兼與尾水管出口測點(diǎn)差壓），1個進(jìn)口壓力脈動測點(diǎn)，2個水輪機(jī)工況流量差壓測點(diǎn)，蝸殼末端2個壓力測點(diǎn)，另設(shè)2個水輪機(jī)工況流量差壓備用測點(diǎn)。所有壓力檢測均可現(xiàn)地顯示并上傳監(jiān)控系統(tǒng)。

蝸殼進(jìn)口段低點(diǎn)設(shè)有1個排水孔，排水管路接至尾水肘管進(jìn)口。

蝸殼進(jìn)口段高點(diǎn)設(shè)有1個平壓管，此管路與尾水管連通，在充氣壓水工況與尾水進(jìn)行平壓。

水泵水輪機(jī)的軸向水推力、軸承的徑向力均傳遞到座環(huán)環(huán)板，通過環(huán)板分別傳遞給座環(huán)地腳螺栓以及四周的混凝土。蝸殼采用混凝土支撐，鋼絲繩綁縛的方式固定，與蝸殼之間無直接固定點(diǎn)。

蝸殼與座環(huán)工地進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.5倍最大工作壓力，持續(xù)30 min，降到最大工作壓力，持續(xù)30 min。試驗(yàn)期間，蝸殼、座環(huán)等部件結(jié)合面上無任何漏水，并觀察和測量座環(huán)和蝸殼等部件的變形和軸向位移，確保變形在彈性容許范圍內(nèi)且無任何損害?；炷帘簼仓r(shí)，蝸殼內(nèi)保壓為3.75 MPa。

（3）機(jī)坑里襯

機(jī)坑里襯由鋼板焊接而成，下平面與座環(huán)焊接，上部與發(fā)電機(jī)下機(jī)架基礎(chǔ)相接。機(jī)坑里襯分上下兩段。

機(jī)坑里襯帶2個接力器坑襯。機(jī)坑里襯四周設(shè)置有8個照明燈盒，上部設(shè)有6個用于發(fā)電機(jī)下機(jī)架基礎(chǔ)螺桿的坑盒，同時(shí)均布6-Φ140×4的鋼管套管，用于檢修、安裝時(shí)機(jī)坑內(nèi)起吊頂蓋，另上部預(yù)留6-M64×6的吊環(huán)螺釘孔，供機(jī)組檢修臨時(shí)吊掛設(shè)備使用。

2.2.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)部件主要通過導(dǎo)葉角度的變化調(diào)節(jié)流量以達(dá)到水能利用的最優(yōu)化。主要包括：頂蓋、底環(huán)、導(dǎo)葉、控制環(huán)以及導(dǎo)葉臂、連接板、連桿、偏心銷和連接銷等組成的傳動機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。

（1）頂蓋

頂蓋是機(jī)組最重要的結(jié)構(gòu)部件之一，對機(jī)組的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，必須具有足夠的剛強(qiáng)度。頂蓋采用性能優(yōu)良的碳素鋼板焊接而成，主法蘭采用單厚下法蘭結(jié)構(gòu)，材料為鍛鋼材料，設(shè)有20個肋板。頂蓋分2瓣加工制造，機(jī)坑內(nèi)組圓，上平面設(shè)有4個進(jìn)人孔，方便檢修。頂蓋與座環(huán)采用法蘭螺栓聯(lián)接方式，通過螺栓連接到座環(huán)上，頂蓋與座環(huán)采用圓柱銷定位，在工地同鉆鉸銷孔。頂蓋上設(shè)置有20個導(dǎo)葉孔，和底環(huán)上的導(dǎo)葉軸套孔均采用數(shù)控設(shè)備加工，保持嚴(yán)格的同心。

在頂蓋內(nèi)2套排水系統(tǒng)：機(jī)坑自留排水系統(tǒng)，在機(jī)坑上設(shè)置排水管，排至機(jī)坑自流排水總管；頂蓋排水泵排水，設(shè)置2套潛水泵系統(tǒng)一主一備，同時(shí)設(shè)置液位監(jiān)控系統(tǒng)，滿足自動與手動控制及監(jiān)控需要，將頂蓋上導(dǎo)葉軸套等滲漏水排至頂蓋泵排水總管。主軸密封潤滑水排水連至機(jī)坑自流排水管。

頂蓋過流表面設(shè)置螺栓把合式抗磨板，內(nèi)、外圓采用封焊結(jié)構(gòu)。設(shè)置把合式鍛鋼不銹鋼梳齒式止漏環(huán)，沿止漏環(huán)圓周布置4-M30間隙檢查孔。為減少轉(zhuǎn)輪軸向水推力，頂蓋上設(shè)有減壓排水管，匯合后引至接至尾水管擴(kuò)散段。設(shè)置有外平壓管，聯(lián)通轉(zhuǎn)輪上冠止漏環(huán)前腔與下環(huán)止漏環(huán)前腔。同時(shí)，為滿足水泵工況啟動的需要，在頂蓋上設(shè)有止漏環(huán)冷卻水管以及排氣管等。

為保證充氣壓水工況安全，止漏環(huán)處對稱設(shè)置2個RTD溫度監(jiān)測點(diǎn)。

（2）導(dǎo)葉

導(dǎo)葉共有20個，翼型按照模型成比例換算而來，導(dǎo)葉材料采用電渣熔鑄不銹鋼整鑄而成，并采用有限元方法進(jìn)行強(qiáng)度和振動分析，滿足機(jī)組任何運(yùn)行工況的需要。導(dǎo)葉采用三軸承支頂方式，軸承采用進(jìn)口高強(qiáng)度雙金屬自潤滑軸瓦。導(dǎo)葉與頂蓋和底環(huán)間采用間隙密封。導(dǎo)葉軸頸密封采用進(jìn)口“U”型密封圈，該密封良好的自調(diào)節(jié)自補(bǔ)償性能，可以有效地保護(hù)導(dǎo)葉，減小漏水和磨損。

（3）底環(huán)

底環(huán)由碳素鋼板焊接而成，為獲得良好的剛度采用整體箱式結(jié)構(gòu)。底環(huán)通過螺栓與座環(huán)連接，工地組裝。底環(huán)在工地與座環(huán)把合封焊后埋設(shè)在混凝土中,導(dǎo)葉軸孔下方設(shè)置有導(dǎo)葉澆筑及灌漿孔。底環(huán)上過流表面設(shè)有螺栓把合式不銹鋼抗磨板,內(nèi)、外圓采用封焊結(jié)構(gòu)。底環(huán)上設(shè)置把合式不銹鋼臺階式止漏環(huán)。

底環(huán)上裝有導(dǎo)葉下軸套，軸套孔與頂蓋上的軸套孔通過數(shù)控加工的方法保證同心。

底環(huán)上設(shè)置有外平壓管，聯(lián)通轉(zhuǎn)輪上冠止漏環(huán)前腔與下環(huán)止漏環(huán)前腔。為滿足水泵工況啟動的需要，在底環(huán)上設(shè)有止漏環(huán)冷卻水管、排氣管等。

為對機(jī)組的各個運(yùn)行工況準(zhǔn)確監(jiān)視，在底環(huán)上設(shè)有6個測點(diǎn)，分別為底環(huán)與轉(zhuǎn)輪下環(huán)間、底環(huán)與下環(huán)之間止漏環(huán)前和尾水錐管進(jìn)口壓力。

（4）導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)

控制環(huán)采用碳素鋼板焊接結(jié)構(gòu)，控制環(huán)放置于頂蓋之上，通過頂蓋上的導(dǎo)向塊導(dǎo)向，且在頂蓋上裝有控制環(huán)壓板，控制環(huán)位于導(dǎo)水葉節(jié)圓直徑內(nèi)。

在每個導(dǎo)葉的傳動機(jī)構(gòu)上設(shè)置可更換的剪斷銷，如果一個或幾個導(dǎo)葉被卡住，剪斷銷可以在開啟或關(guān)閉方向的力作用下破斷，以保護(hù)傳動機(jī)構(gòu)的其它部件不致被破壞。為防止剪斷銷破斷后導(dǎo)葉的自由轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)葉臂和連接板之間裝設(shè)有摩擦裝置，提高操作機(jī)構(gòu)的可靠性，并通過頂蓋外圓對導(dǎo)葉臂進(jìn)行限位，控制剪斷狀態(tài)導(dǎo)葉擺動范圍以防止連鎖破壞現(xiàn)象的發(fā)生。在導(dǎo)葉連接板與導(dǎo)葉端蓋之間安裝有限位開關(guān)，當(dāng)剪斷銷剪斷后，發(fā)生相對移動，限位開關(guān)及時(shí)將信號反饋給監(jiān)控系統(tǒng)。

采用長套筒分體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分別裝有導(dǎo)葉中、上自潤滑軸套，上平面設(shè)置有導(dǎo)葉止推軸承。

導(dǎo)葉臂與導(dǎo)葉間設(shè)置有錐銷銷套將通過連桿傳來的接力器操作力傳遞給導(dǎo)葉，控制導(dǎo)葉的開關(guān)。

雙連板裝配時(shí)，在連板與控制環(huán)、連接板之間裝有配車銅質(zhì)材料制成的墊片，一個是配平雙連板水平，另一個用以減輕機(jī)組運(yùn)行后產(chǎn)生的磨損。

在控制環(huán)和每個導(dǎo)葉間都配有一個偏心銷，可以通過它來調(diào)整裝配的累積誤差，保證導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)的正確位置。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)制作完畢后在廠內(nèi)整體預(yù)裝。

（5）接力器

（一）自我評價(jià)，善于反思。隊(duì)員們在志愿活動后會收到一張自我評價(jià)表格，表格上要求隊(duì)員完成填寫此次活動的主題和目的等基本信息，然后附上自己參與活動后的一些感悟，包括自己的收獲與自己做得還不夠好的方面。這樣一張簡單的表格，卻在無形中強(qiáng)化了隊(duì)員參與志愿活動的重大意義以及鍛煉了隊(duì)員的自我評價(jià)與反思能力。

每臺水泵水輪機(jī)20只導(dǎo)葉的同步控制由2只接力器操作控制環(huán)來實(shí)現(xiàn)。2只接力器分別固定在機(jī)坑里襯+Y側(cè)上設(shè)置的2個接力器坑襯內(nèi)，接力器通過上下連接板與控制環(huán)相連接，接力器推拉桿與控制環(huán)之間的水平度可以根據(jù)現(xiàn)場情況配車墊片進(jìn)行調(diào)整。長度方向的調(diào)整可以通過推拉桿接頭的螺紋進(jìn)行調(diào)整。接力器結(jié)構(gòu)上具有緩沖關(guān)閉功能。操作油采用中國GB11120-2011，L-TSA 46號汽輪機(jī)油。接力器為直缸式,額定油壓6.3 MPa。

接力器整體采用焊接、把合結(jié)構(gòu)，接力器活塞外圓設(shè)2條導(dǎo)向帶，2條導(dǎo)向帶中間設(shè)置活塞組合密封，以防止活塞移動及在任何位置時(shí)油的滲漏。前后缸蓋均設(shè)有活塞桿導(dǎo)向軸承，以使活塞不承受側(cè)向力，軸承采用雙金屬自潤滑型。軸承與導(dǎo)向帶形成雙支點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使接力器運(yùn)行時(shí)更為穩(wěn)定。后缸蓋用螺桿固定在接力器坑襯內(nèi)的基礎(chǔ)板上，每個接力器設(shè)定位銷，工地與坑襯基礎(chǔ)板同鉆鉸。

一個接力器在全關(guān)位置設(shè)置液壓鎖定裝置，并配置開啟和關(guān)閉位置限位開關(guān)，另一個接力器在全開位置設(shè)置手動鎖定裝置，該裝置僅在維護(hù)工作時(shí)使用，以保證人員安全。

液壓鎖定接力器上設(shè)有接力器行程位置和導(dǎo)葉開度指示刻度板。設(shè)有位移傳感器，安裝工地現(xiàn)地布置。

2.2.3 轉(zhuǎn)動部分

轉(zhuǎn)動部分主要包括轉(zhuǎn)輪、主軸、主軸密封、水導(dǎo)軸承以及主軸與轉(zhuǎn)輪、發(fā)電機(jī)主軸的聯(lián)接件。

（1）轉(zhuǎn)輪

轉(zhuǎn)輪（見圖2）流道幾何尺寸與水力模型全模擬。轉(zhuǎn)輪為整體鑄焊結(jié)構(gòu)，上冠、下環(huán)及葉片均采用VOD精煉鑄造的ZG04Cr13Ni5Mo材料，采用同材質(zhì)的焊材進(jìn)行焊接。在廠內(nèi)按CCH70-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查驗(yàn)收。轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)采用有限元方法進(jìn)行剛強(qiáng)度及疲勞計(jì)算，其計(jì)算分析結(jié)果滿足合同要求的任何工況運(yùn)行的需求。

轉(zhuǎn)輪的上冠和下環(huán)外緣對稱位置處設(shè)有止漏環(huán)。轉(zhuǎn)輪上冠法蘭上，開有排氣孔,在葉片下部、泄水錐上部也開有排氣孔，水泵工況造壓啟動結(jié)束后排出空氣。

圖2 水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪三維圖

（2）主軸

主軸為兩端帶有聯(lián)接法蘭、帶軸領(lǐng)中空結(jié)構(gòu)，主軸上、下法蘭設(shè)不銹鋼焊接封板進(jìn)行封堵。主軸采用厚壁軸設(shè)計(jì)，具有足夠的剛強(qiáng)度承受轉(zhuǎn)輪軸向水推力、轉(zhuǎn)輪徑向水力不平衡力和機(jī)組轉(zhuǎn)動的扭矩等。

水泵水輪機(jī)主軸采用整鍛結(jié)構(gòu)，材料為鍛鋼。

轉(zhuǎn)輪與主軸間采用螺栓連接，銷子傳遞力矩。轉(zhuǎn)輪與主軸的螺栓預(yù)緊采用電加熱方式。水泵水輪機(jī)和電動發(fā)電機(jī)2根主軸采用銷釘螺栓連接。

軸法蘭厚度、法蘭直徑和法蘭把合螺栓布置等，按ANSI/IEEE810《水輪發(fā)電機(jī)整鍛軸聯(lián)接和形位公差》執(zhí)行，關(guān)鍵尺寸、形位公差也按此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2.2.4 布置部分

布置部分主要包括充氣壓水管路布置、水氣管路布置和油系統(tǒng)管路布置。重要管路的設(shè)計(jì)通常采用比其設(shè)計(jì)壓力高一等級，埋入管和明管采用等徑設(shè)計(jì)，且適當(dāng)增加管路的壁厚和使管路的固定更為可靠的固定方式來選取，以避免出現(xiàn)管路的損壞[6]。

（1）充氣壓水管路系統(tǒng)

水泵調(diào)相或發(fā)電調(diào)相工況，其啟動過程采用變頻器（SFC）啟動方式，為減小啟動力矩，需要將轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水壓至轉(zhuǎn)輪以下，在機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，可進(jìn)入水泵調(diào)相或發(fā)電調(diào)相工況，再將氣體排掉，完成水泵造壓過程，最后機(jī)組進(jìn)入水泵抽水工況。

在設(shè)計(jì)中為實(shí)現(xiàn)水泵啟動中的充氣壓水和排氣造壓的過程，管路系統(tǒng)做了特別的考慮。在電站試運(yùn)行階段，主要是對參與該過程的管路進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，以滿足機(jī)組總體啟動規(guī)律的要求。

充氣壓水進(jìn)氣管：該管引自高壓氣罐，與尾水錐管相連，在水泵工況啟動時(shí)，向轉(zhuǎn)輪室內(nèi)充入空氣，將水面壓下，以減小啟動時(shí)的阻力矩。該管路上設(shè)置有大和小2個并聯(lián)的液壓操作球閥，用以將壓水水位控制在高位報(bào)警接點(diǎn)以下。

排氣管：在水泵通過變頻器（SFC）啟動充氣壓水成功后，排出空氣,以完成轉(zhuǎn)輪室的造壓，該管接至排氣總管。在頂蓋上設(shè)置排氣管，2排氣管在機(jī)墩內(nèi)匯總為排氣總管，管路上設(shè)置有2個液壓操作彈簧復(fù)位球閥。在錐管進(jìn)口處，設(shè)置輔助排氣管，管路上設(shè)置有2個液壓操作彈簧復(fù)位球閥。

蝸殼平壓管：為保證機(jī)組在充氣壓水調(diào)相運(yùn)行或水泵啟動時(shí)，蝸殼與尾水管之間的壓力平衡和排出從導(dǎo)葉間隙進(jìn)入蝸殼的水和少量氣體，采用1個液壓操作球閥平壓控制閥將蝸殼頂部與尾水管連接起來做為平壓管，實(shí)現(xiàn)壓力平衡和將上部的少量氣體帶入尾水管。

蝸殼排氣管：在蝸殼平壓管上接排氣管，以排除在導(dǎo)葉前球閥后的蝸殼腔的空氣，保證該腔沒有氣體聚集，管路上設(shè)置1個手動操作球閥及1個液壓操作彈簧復(fù)位球閥。管路接至1號或2號排氣總管。

止漏環(huán)冷卻水管：為防止轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)時(shí)，在止漏環(huán)小間隙處因空氣摩擦導(dǎo)致止漏環(huán)過熱，在上、下止漏環(huán)處分別設(shè)有冷卻水管。在排氣閥打開同時(shí)關(guān)閉該管路進(jìn)水閥。

水位信號計(jì)的水位控制接點(diǎn)：在尾水錐管上設(shè)有水位信號計(jì)，信號計(jì)設(shè)置有4個報(bào)警接點(diǎn)。自上而下分別是：高位報(bào)警、壓氣、補(bǔ)氣液位和停止補(bǔ)氣接點(diǎn)。上部的高位報(bào)警接點(diǎn)是壓水失敗接點(diǎn)，水位高于此報(bào)警接點(diǎn)，意味著充氣壓水沒有成功，機(jī)組不可以啟動。壓氣接點(diǎn)是充氣壓水大小進(jìn)氣閥切換接點(diǎn)，水位在此接點(diǎn)之上，由大進(jìn)氣閥開啟供氣，水位在此接點(diǎn)之下，大進(jìn)氣閥關(guān)閉。最下面的接點(diǎn)是停止補(bǔ)氣接點(diǎn)，因?yàn)榭赡艿男孤?，水位會慢慢浮上來，至補(bǔ)氣液位接點(diǎn)時(shí)，小進(jìn)氣閥再次開啟。

（2）水氣管路

水管路有：軸承冷卻進(jìn)水管、軸承冷卻排水管、主軸密封潤滑水管、主軸密封排水管、頂蓋減壓排水管、頂蓋底環(huán)外平壓管、頂蓋泵排水管、固定導(dǎo)葉排水管、座環(huán)與底環(huán)密封腔檢漏管、導(dǎo)葉漏水排水管以及壓力鋼管、蝸殼排水管和尾水管排水管。

氣管路有：檢修密封進(jìn)氣管。

（3）油管路系統(tǒng)

油管路系統(tǒng)包括主接力器調(diào)速油管路系統(tǒng)、機(jī)械過速保護(hù)油管路系統(tǒng)以及水導(dǎo)軸承供、排油管路。

主接力器調(diào)速油管路系統(tǒng)

該部分包括接力器與調(diào)速器、回油箱、壓力油罐等的開關(guān)腔管路和接力器液壓鎖定操作管路以及管路閥門的控制油管路。系統(tǒng)額定工作壓力6.3 MPa，工作介質(zhì)為L-TSA 46號透平油和壓縮空氣。

該系統(tǒng)是一個封閉的循環(huán)油路。正常工作時(shí)壓力罐的上半部為壓縮空氣，下半部為壓力油，罐內(nèi)壓力油通過壓力油管路引出送到用油設(shè)備，通過回油管路送回到回油箱。系統(tǒng)還配備了事故配壓閥和分段關(guān)閉裝置。

2.2.5 輔助配套設(shè)備

環(huán)形吊車：環(huán)形吊車采用井字梁型式，環(huán)形軌道焊接在機(jī)坑里襯上方，兩主梁與中間滑軌對稱布置，主梁與中間滑軌距離1.05 m。環(huán)形吊車驅(qū)動采用電動方式驅(qū)動，驅(qū)動電源等級AC 380 V。當(dāng)主梁轉(zhuǎn)到機(jī)坑廊道平行時(shí)，滑軌可以和廊道軌道對接，并將所吊部件沿廊道運(yùn)出機(jī)坑。吊車用于水導(dǎo)軸承及導(dǎo)水零件等機(jī)坑內(nèi)小型零部件拆裝起吊。起吊設(shè)備中間滑軌設(shè)置2臺電動葫蘆和2組配套電動單軌行車；兩側(cè)主梁分別設(shè)置2臺手拉葫蘆和手拉單軌行車。電動葫蘆及手拉葫蘆最大重量5.5 t，起升最大高度為5 m。

照明設(shè)備：用于機(jī)坑內(nèi)照明，每機(jī)1套，共設(shè)置8個LED節(jié)能照明燈，布于機(jī)坑里襯內(nèi)。采用嵌入式安裝方式，沿圓周均布，該燈具設(shè)置有防護(hù)罩，具備防水防潮功能。機(jī)坑照明系統(tǒng)為正常及事故復(fù)用系統(tǒng)，照明系統(tǒng)的電源引自電站正?；驊?yīng)急電源，電源等級AC220 V，照明系統(tǒng)的控制由電站統(tǒng)一考慮。

檢修平臺：用于不拆卸頂蓋時(shí)能從尾水管部位觀察和檢修水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，采用鋁合金材料制造，檢修時(shí)布置在轉(zhuǎn)輪下方，分為兩層。檢修平臺的設(shè)計(jì)均布載荷均不少于3 kN/m2，且有3倍以上安全系數(shù)。

電纜橋架：機(jī)坑內(nèi)設(shè)置電纜橋架，將水輪機(jī)部件的自動化元件用電線、電纜連接至水輪機(jī)端子箱。每臺機(jī)組1套。

2.3 調(diào)試、運(yùn)行及思考

周寧抽水蓄能電站機(jī)組的設(shè)計(jì)單位為中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司（華東院），機(jī)組安裝單位為中國水利水電第十六工程局有限公司，其中1號機(jī)的調(diào)試工作由福建電科院完成，2號機(jī)由華電電科院調(diào)試完成。哈電在周寧水泵水輪機(jī)設(shè)備的調(diào)試中，充分借鑒了哈電在敦化、陽江、豐寧等設(shè)備首臺機(jī)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在周寧抽蓄機(jī)組調(diào)試前進(jìn)行了及時(shí)的調(diào)整，如各導(dǎo)瓦間隙的調(diào)整，特別是水導(dǎo)軸承間隙的調(diào)整等，為調(diào)試的成功取得了較好的效果。在電站參建各單位的大力配合下，周寧抽蓄以前所未有的速度已基本完成1號和2號機(jī)的各項(xiàng)安裝調(diào)試試驗(yàn)工作。

在調(diào)試過程中也發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)象和問題，為后續(xù)蓄能機(jī)組水泵水輪機(jī)的設(shè)計(jì)提供了一些有益的幫助。

2.3.1 異常低揚(yáng)程

周寧抽蓄機(jī)組1號機(jī)是采用水泵工況做為首次啟動工況，且首次啟動工況的上下庫水位還沒有達(dá)到哈電水力設(shè)計(jì)要求的異常低揚(yáng)程水位的要求，雖然水泵工況也順利啟動成功，但機(jī)組的瞬間震動還是較大的。

2.3.2 充氣壓水試驗(yàn)

周寧充氣壓水試驗(yàn)通常進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)兩項(xiàng)試驗(yàn)，在周寧水泵水輪機(jī)進(jìn)行充氣壓水靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，壓氣到停止壓氣液位至補(bǔ)氣液位所需時(shí)間1號機(jī)只有5 min左右，2號機(jī)也只有15 min左右。這樣對于工況轉(zhuǎn)換的時(shí)間已足夠，但對于長時(shí)間的抽水調(diào)相或發(fā)電調(diào)相，氣罐有不斷進(jìn)行補(bǔ)氣的可能，對空壓機(jī)的壽命可能造成影響。但在動態(tài)試驗(yàn)過程中特別是2號機(jī)壓氣到停止壓氣液位至補(bǔ)氣液位所需時(shí)間大約近1 h，應(yīng)是動態(tài)時(shí)水環(huán)能起到很好的封氣效果。

2.3.2 上下止漏環(huán)的壓力

轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)時(shí)，上下止漏環(huán)分別設(shè)有冷卻水管，以降低其溫度。其冷卻水管的壓力一定高于轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的空氣壓力（即高于尾水壓力）時(shí)冷卻水才能流動，也才能起到冷卻的效果。周寧電廠止漏環(huán)冷卻水管是采用主供水泵+主濾水器經(jīng)過管路（管道濾水器+電動閥）到達(dá)上下止漏環(huán)的。止漏環(huán)水壓應(yīng)按經(jīng)主供水泵+主濾水器后的壓力減去管道濾水器的壓降須高于轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的空氣壓力（即高于尾水壓力）來進(jìn)行計(jì)算更為合理。

2.3.3 上下止漏環(huán)的本體溫度設(shè)定的停機(jī)條件

由于北方某蓄能電站因泄水環(huán)板脫落的原因，曾參加新源公司組織的會議，會議中召集了其旗下的多個電站討論下止漏環(huán)取消測溫的可能性，上述多個電站均反饋了下止漏環(huán)沒發(fā)生過溫度異常升高的現(xiàn)象，因此會議決定取消了下止漏環(huán)測溫的要求。周寧電廠就是按新源反錯要求只設(shè)置上止漏環(huán)測溫的要求。

周寧水泵水輪機(jī)的上止漏環(huán)最終采用流量過低+上止漏環(huán)本體溫度60℃聯(lián)合作為判斷停機(jī)判斷條件。

2.3.4 水泵水輪機(jī)孔板的設(shè)置和調(diào)試

因阿爾斯通的機(jī)組在大部分的管路的設(shè)計(jì)中均設(shè)置了節(jié)流孔板，但在國內(nèi)水泵水輪機(jī)的實(shí)際安裝過程中由于工期的原因，大部分管路實(shí)際是無法做到逐個管路進(jìn)行調(diào)試的。建議在機(jī)組調(diào)試過程中，重要的管路是需要進(jìn)行孔板的調(diào)試的，如充氣壓水充氣和排氣管路、主軸密封潤滑水管路、球閥和主機(jī)接力器供排油管路等需要現(xiàn)場調(diào)試。

2.3.5 水泵工況啟動球閥預(yù)開啟

在水泵工況啟動時(shí)，為縮短零流量的維持時(shí)間，也為縮短機(jī)組的振動時(shí)間，球閥預(yù)開啟40%做為開導(dǎo)葉的一個必要條件。雖周寧1號和2號機(jī)均已成功投運(yùn)，但40%的球閥開啟是否為最合理的狀態(tài)值得進(jìn)一步商榷。

2.3.6 尾水錐管壓水液位計(jì)

周寧1號和2號機(jī)壓水水位的磁翻板液位計(jì)開關(guān)量經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)，后改為模擬量來反饋信號。

2.3.7 導(dǎo)水接力器鎖定

受陽江球閥接力器的啟發(fā)（陽江球閥接力器只設(shè)置手動鎖定而無液壓鎖定），導(dǎo)水接力器實(shí)際的油壓始終作用在接力器活塞上，實(shí)際上為機(jī)組的快速轉(zhuǎn)換而不設(shè)置自動液壓鎖定，而只設(shè)置手動機(jī)械鎖定，不參與自動流程。

2.3.8 調(diào)相過程中的漏氣

調(diào)試期間，尾水事故閘門處的空氣閥偶爾有排氣現(xiàn)象，但不明顯，是否表明尾水管的形狀或壓氣的深度限有關(guān)聯(lián)，值得今后的設(shè)計(jì)過程中有所考慮[7]。

3 結(jié)論

周寧抽水蓄能機(jī)組于2021年底已完成現(xiàn)場1號和2號機(jī)的各項(xiàng)調(diào)試試驗(yàn)工作，如經(jīng)過現(xiàn)場的水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和水泵旋轉(zhuǎn)方向的多次動平衡配重工作[8]，機(jī)組振擺已達(dá)到精品的要求（各導(dǎo)振擺10道以內(nèi)，在某些工況已達(dá)5道以內(nèi)），水泵水輪機(jī)主要部件的振動指標(biāo)如頂蓋等滿足合同要求，各部位的噪聲指標(biāo)滿足合同要求，目前均已通過15 d試運(yùn)行并已正式投入商業(yè)運(yùn)行，得到華電福建公司的高度評價(jià)。