鳳灘水電廠5號機組尾水肘管撕裂分析及處理

周立華

（湖南省電力公司鳳灘水力發電廠，湖南 沅陵 419621）

鳳灘水電廠5號機組尾水肘管撕裂分析及處理

周立華

（湖南省電力公司鳳灘水力發電廠，湖南 沅陵 419621）

介紹了鳳灘水電廠5號機組尾水肘管的結構特點，分析了導致撕裂現象的原因，提出了相應的處理方法及處理過程中的注意事項，用以總結經驗，給同行提供參考，提高水電廠設備管理和安全水平。

尾水肘管；撕裂；原因分析；處理方法

0 引言

鳳灘水電廠位于湖南省西部酉水下游，始建于20世紀70年代，原裝機容量為4×100MW。為提高水庫水能利用率，經國家經貿委批準啟動了“鳳電擴機工程”，并于2004年底完成，即采用地下式廠房結構，增設2×200MW機組。全廠總裝機容量增加到800MW，年平均發電量提高了5.45億kW·h。

新投產的兩臺水輪發電機型號為SF200－48/11810，由天津阿爾斯通生產；水輪機型號為HLD347-LJ-565，由東方電機廠生產。自2004年投產以來，5號機組尾水管真空度和壓力脈動超標，尾水錐管以及肘管處鋼襯曾出現空鼓或撕裂。本文將針對該機組尾水錐管所出現的問題及其解決方法進行探討。5號機組水輪機基本參數：額定水頭為73.0m，最高水頭為85.72m，最低水頭為60.64m；額定轉速為125r/min，水輪機在額定水頭及額定轉速運轉時，額定出力為204.08MW（不包括勵磁容量）；設計水頭下額定功率流量306.39m3/s；吸出高度-5.13m，機組的安裝高層113.07m；接力器最大行程720mm，甩負荷轉速上升率＜150%。

1 尾水肘管結構特點

5號機組尾水管由錐管段、肘管段、擴散段組成。錐管和肘管段均采用鋼襯形式，最大高度18223mm，最大寬度11235mm。鋼板里襯自基礎環開始延伸至肘管出口至機組中心線7774mm處，從轉輪出口基礎環開始的一段高度為0.5m的里襯為不銹鋼，其余部位為Q235B。整個尾水管除轉輪出口至肘管進口斷面和出水口為圓形斷面外其余為橢圓形，擴散段長為43.257m，肘管12個斷面共由122塊不同規格尺寸的Q235B鋼板組成（見圖1，單位為mm，其中13、14兩斷面為出口擴散斷面）。[1]

肘管里襯外壁每個斷面均采用加筋環加強，11圈環筋每圈布拉筋60只共660只，加筋環厚度為16mm，環高為200mm，材料為Q235B。另外里襯外壁根據需要布置L形拉錨若干，底部的10-12斷面之間布置有一定數量的Φ120灌漿孔和5-12斷面安裝有調整用的若干千斤頂，肘管12斷面與擴散段結合處整圈采用了厚度為16mm、寬為50mm的Q235鋼板與里襯出口鋼板垂直焊接作為封板。整個肘管段除了進行了二次澆注混凝土外，還進行了兩次回填灌漿，確保里襯與混凝土之間沒有間隙。

2 尾水肘管撕裂現象

2006年4月24日經檢查發現，5號機組尾水管肘部底部鋼板部分已被沖走，周邊殘存鋼板被卷起，部分鋼板已空鼓，其下部混凝土下凹。此時該機組投入運行時間還不到一年半。

（1）破壞區域

肘管底部斷面12-11、11-10節間鋼板（與尾水管混凝土部分接合處鋼板，樁號為W0-035.483～W0-038.68左右，高程95m左右）在齊焊縫處被撕裂沖走，沖走鋼板總面積達18m2。周邊殘存鋼板被卷起，其下部混凝土下凹，深度達300mm（尺寸為3.2m×5.6m×0.3m）。混凝土上部受力鋼筋裸露，鋼筋基本完好無變形，第一排受力鋼筋已懸空，鋼筋表面未見殘留混凝土（見圖2）。

圖2 肘管底部撕裂圖片

（2）鋼板空鼓區域

肘管底部斷面12-11、11-10節間殘存鋼板（與尾水管混凝土部分接合處鋼板，樁號為W0-035.483～W0-038.68左右）空鼓約9.6m2，10-9,9-8節間鋼板（樁號為W0-038.68～W0-044.18左右，尺寸為8.1m×3.5m）空鼓面積約28m2，總空鼓面積達40m2左右。

（3）尾水管其它部位檢查無異常。

3 原因分析

根據現場肘管底部撕裂位置和痕跡，查閱機組安裝資料的基礎，結合機組有水試驗成果和實際運行情況，經分析認為導致此現象有如下原因：

（1）機組多次試驗結果表明，該機組在合同規定條件下的多種工況下尾水壓力脈動頻率和雙振幅△H／H均超標，如國標和合同規定值在大于等于設計水頭、機組預想出力為40%～80%時從機組尾水出口段處（0.30D1）壓力脈動為≤6.5%，而實際在水頭為82m帶125MW負荷時試驗值達11.74%，且有主頻為0.72Hz的渦帶出現。

（2）機組尾水肘管安裝二次回填混凝土時灌漿不實，存在空腔等質量問題沒有及時發現。從現場被撕裂的鋼板下面發現存在灌漿時漿液流動性不到位，有的區域一團而有的沒有漿液。

（3）機組尾水管段山體滲漏水導致鋼管里襯外水揚壓力大。

（4）機組投入一次調頻和AGC對機組影響大，機組經常運行在非最優工況區，機組的經常調節導致機組經常處于過渡過程，尾水管內水流處于交變渦流狀態。

（5）從機組正常工況運行情況來看，機組蝸殼層噪音明顯偏大，達120dB以上（合同設計值≤95dB）。從機組在線狀態監測尾水出口段處（0.30D1）壓力脈動傳感器和軸心補氣閥動作頻次和聲音來看，說明真機渦帶區和振動區大，真機與模型機差異明顯。

（6）鋼板材質本身有問題或是焊接工藝不良。

4 處理方法

2006年4月27日，經專家及設計咨詢后，決定不恢復鋼襯、采用混凝土回填的修補方案。具體方法如下：

（1）鋼板割除范圍

將破壞區域上游側（樁號為W0-038.68～W0-044.18左右，向上游側割除一塊鋼板，約為2m左右）及周邊空鼓鋼板（樁號為W0-038.68～W0-044.18左右，割除50cm左右）割除。

（2）原混凝土鑿除

將鋼板割除區域內的混凝土鑿除30cm左右（鑿除至第二層鋼筋），將破壞區域內的混凝土全部鑿除至94.547m（破壞區域內下凹較深的混凝土只作表面鑿毛，清除松動的混凝土，下凹深度較淺的部位將混凝土鑿除至94.547m）。

（3）鋼板封口

鋼板割除后，必須對鋼板側面進行鎖口處理，在鋼板側面沿周邊加焊16mm厚鋼板封口（封口鋼板寬度根據現場確定，要求封至第一層受力鋼筋上表面，100～150mm，見圖3），沿封口鋼板邊部布置鎖口錨筋（錨筋直徑為20mm，Ⅱ級，間距300mm，長度L=900mm，錨固長度700mm，采用微膨脹砂漿錨固，要求錨筋與封口鋼板雙面焊接，焊接嚴格按工藝要求進行。

圖3 封板安裝焊接示意圖

（4）插筋布設

在修補區域內（鋼板割除及鋼板破壞區域）根據現場實際情況盡量靠近上層受力鋼筋布設插筋（以便鋼筋上部水平彎頭與受力鋼筋焊接），插筋直徑為20mm，Ⅱ級，間距500mm×500mm，按梅花型布置，插筋長度L=1200mm左右（長度應根據現場確定），錨固長度700mm，插筋上部要求水平彎頭，彎頭長度為300mm，水平上彎頭盡量與受力鋼筋焊接（根據現場實際情況確定），采用微膨脹砂漿錨固。

（5）新澆混凝土

修補區域采用C35細石混凝土同時回填修補，混凝土澆筑至肘管鋼板表面，恢復原設計體型，第一層鋼筋表面混凝土厚度大于100mm，并在表層布置Ф6（間距200mm×200mm，雙向布置）的鋼筋網，混凝土表面刷抗磨劑，以使水流平順。

（6）滲水處理

由于滲水點無法找出，先將滲水引流，在混凝土澆筑后在鋼板下部空鼓較高的部位先灌水泥砂漿，根據情況采用鋼管引流，引流鋼管與鋼板焊接。

5 處理時的注意事項

（1）要求對鋼板其它空鼓區域在鋼板上開灌漿孔及排氣孔進行灌漿填實；空鼓高度較大的要求灌水泥砂漿，在水泥砂漿達到初凝后再灌水泥漿，空鼓高度較小的灌水泥漿（漿嚴格按規定配比，粘度太大和太小均不可）；要求灌漿時必須控制灌漿壓力（一般為0.3MPa左右），以免造成鋼板鼓包。

（2）細石混凝土施工要求：摻微膨脹劑，要求封口鋼板與鑿除后的混凝土表面垂直，采用平板振動器振搗，要求由擴機工程拌合站提供，拌合時由中心試驗室進行現場控制。

（3）灌漿水泥漿強度為M20，配合比應根據現場實際情況確定。

（4）混凝土、水泥砂漿配比要求由中心試驗室經試驗后提供。

（5）金結工藝：要求割除平直，便于后序封口鋼板的施工，封口邊需要打焊接封口板坡口，嚴格按照焊接工藝進行。

6 結束語

鳳灘水電廠5號機尾水肘管經過專家論證并處理后，經過了3年多的運行，實踐證明處理是成功的。同時針對可能導致該現象的原因，通過湖南省電力公司電力試驗研究院現場多次試驗，找到了優化機組運行的區域，避免了在投入AGC和一次調頻時機組長時間處于不穩定區運行而損壞的可能，另外在處理過程中加大了對施工過程工藝的控制和把關，對肘管處外水揚壓力采取了疏通消壓的措施等，為處理后機組安全穩定運行提供了安全保障。今年，湖南省某水電廠一運行了15年的機組也出現了同樣的情況，采用了同樣的處理方法很成功。實踐證明，該方法可以運用于類似情況機組的處理，同時也給在建水電廠在尾水肘管選材、施工工藝、二次回填灌漿關鍵點控制以及監理監造方面提供了一些借鑒經驗。

[1]向小峰，鄒科.紫坪鋪電站尾水肘管現場安裝及質量控制[J].水電站機電技術，2004,27（6）:32.

TK730.3+14

B

1672-5387（2010）02-0030-03

2010-02-21

周立華（1976-），男，工程師，從事水輪發電機組檢修與管理工作。