小灣水電站頂蓋取水試驗研究

朱麗輝；武賽波

（1. 云南機電職業(yè)技術(shù)學院，昆明 650203；2. 昆明勘測設(shè)計研究院，昆明 650051）

1 電站概況及機組主要參數(shù)

1.1 電站概況

小灣水電站位于云南省西部南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段，是瀾滄江中下游河段規(guī)劃八個梯級中的第二級。工程以發(fā)電為主兼有防洪、灌溉、養(yǎng)殖和旅游等綜合利用效益，水庫具有不完全多年調(diào)節(jié)能力，系瀾滄江中下游河段的“龍頭水庫”。該工程由292m高的混凝土雙曲拱壩、左岸泄洪洞及右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)組成。水庫庫容為 149.14×108m3，電站裝設(shè)6臺700MW巨型水輪發(fā)電機組。電站于2002年1月開工，2004年10月25日大江截流，2009年10月首臺機組發(fā)電，目前電站6臺機組已全部投產(chǎn)發(fā)電。

1.2 機組主要參數(shù)

1.2.1 水輪機主要參數(shù)

水輪機型號: HL153-LJ-660

最大水頭: 251 m

加權(quán)平均水頭: 222.41 m

額定水頭: 216 m

最小水頭: 164 m

額定出力: 714 MW

額定轉(zhuǎn)速: 150 r/min

飛逸轉(zhuǎn)速: 286 r/min

額定流量: 360 m3/s

吸出高度: -11.9 m

1.2.2 發(fā)電機主要參數(shù)

發(fā)電機型號：SF700—40/12770

發(fā)電機型式：立式、空冷、半傘式

額定容量：700MW/778MVA

額定電壓：18 kV

功率因數(shù)：0.9

飛逸轉(zhuǎn)速：290 r/min

轉(zhuǎn)動慣量：110000 t·m2

1.3 機組冷卻用水量

發(fā)電機空氣冷卻器：1620 m3/h

發(fā)電機上導軸承：63 m3/h

發(fā)電機推力軸承：126 m3/h

發(fā)電機下導軸承：84 m3/h

水輪機導軸承：18 m3/h

合計一臺機冷卻水量：1911 m3/h

2 頂蓋取水試驗

2.1 頂蓋取水原理

頂蓋取水技術(shù)就是在混流式水輪機上，通過采取一些特殊的工藝措施，把水輪機轉(zhuǎn)輪上迷宮間隙產(chǎn)生的廢棄漏水，引出作為機組冷卻用水。其優(yōu)點是水質(zhì)好、變廢為寶、節(jié)省供水設(shè)備投資和節(jié)約能源。

2.2 試驗目的

小灣電站單臺機用水量約1911 m3/h，機組技術(shù)供水采用單元水泵供水方式。機組技術(shù)采用供水泵從機組尾水出口取水，經(jīng)DN450mm的取水管和位于技術(shù)供水設(shè)備層的兩臺離心水泵向機組供水，兩臺水泵互為備用。頂蓋取水作為試驗性供水方案，如果試驗成功，可作為機組主用或備用技術(shù)供水水源。

頂蓋取水試驗的目的，是檢驗利用頂蓋迷宮環(huán)漏水作技術(shù)供水方式的可行性、可靠性和經(jīng)濟性，并察看其運行過程中可能出現(xiàn)的問題，以便不斷改進。機組技術(shù)供水系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 小灣電站機組技術(shù)供水系統(tǒng)圖

2.3 試驗前的準備工作

試驗前必須做好以下準備工作：

（1）檢查泄壓排水安全閥，并確認其工作正常；

（2）在停機狀態(tài)下，檢查頂蓋供排水系統(tǒng)所有閥門，各開關(guān)2次，保證動作靈活可靠；

（3）確認軸瓦溫度信號回路正確，保證軸瓦溫度過高時能控制停機；

（4）校準有關(guān)表計及信號器，要求指示準確；

（5）其它操作按手動開機進行準備，記錄各部分起始溫度；

（6）安排專人監(jiān)測供水設(shè)備室技術(shù)供水管路各部軸承進水壓力、空冷器進水壓力；

（7）安排專人監(jiān)視頂蓋技術(shù)供水水壓，以 0.3～0.45MPa為宜；

（8）安排專人監(jiān)視頂蓋壓力，以不大于 0.5MPa為宜；

（9）安排專人監(jiān)視各部軸承溫度、發(fā)電機冷、熱風溫度；

（10）安排專人在機組儀表屏處，監(jiān)視機組振動擺度值（此人應(yīng)能夠操控機械制動閘）；

（11）保持供水設(shè)備室技術(shù)供水管路處、機組儀表屏、調(diào)速器機械柜處的通訊暢通。

2.4 試驗步驟

（1）手動開機操作

·開機準備工作完成后，手動開機到額定轉(zhuǎn)速，機組空轉(zhuǎn)運行；

·并記錄各部軸承水壓、機組各部溫度；

·如屬正常繼續(xù)觀察，若水壓有調(diào)節(jié)余地，可反復調(diào)節(jié)，直至空冷器進水閥組全部打開；

·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；

·各部分溫度穩(wěn)定，無繼續(xù)升高現(xiàn)象后，運行 1小時左右方可繼續(xù)下一步試驗。

（2）空載下的試驗

·機組切到自動位置；

·機組自動升壓到空載額定電壓，發(fā)電機空載運行；

·記錄各部軸承溫度、水壓直至各部軸承溫度基本穩(wěn)定。

·各部分溫度穩(wěn)定，機組正常后運行0.5小時開始帶負荷試驗。

（3）并網(wǎng)帶負荷試驗·機組用自動準同期方式并網(wǎng)帶20%～25%負荷；·記錄各部水壓、各軸承溫度、空冷器冷、熱溫度；

·若水壓無較大變化，穩(wěn)定運行30分鐘可繼續(xù)帶下一級負荷；

·各級負荷暫分為200MW、400MW、500MW 、600MW負荷進行。

2.5 試驗結(jié)果

2010年10月15日，小灣電站在6號機組進行了頂蓋取水做技術(shù)供水試驗工作，試驗在下午 16:00開始，于當日22:30結(jié)束。共完成了手動開機操作、空載下試驗、并網(wǎng)帶負荷試驗等試驗項目。試驗工作進展順利，由于現(xiàn)場設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)暫時不滿足頂蓋取水供水下自動開停機試驗的要求，方案中自動開停機試驗項目尚未進行。試驗結(jié)束后相關(guān)人員對發(fā)電機風洞、水機室機坑進行了全面檢查，檢查結(jié)果正常。

表1 頂蓋取水試驗技術(shù)供水系統(tǒng)管路壓力、流量記錄

表2 發(fā)電機軸瓦溫度、空冷器熱冷風溫度記錄

機組正常運行采用離心泵供水時，技術(shù)供水總管壓力為0.31 MPa，流量為2258 m3/h。試驗過程中，在機組空轉(zhuǎn)、空載階段，總供水壓力0.244 MPa，總供水流量1500 m3/h，機組各軸承、空冷器冷卻水壓力、流量約為離心泵正常供水時的 2/3；隨著機組負荷的增加，冷卻水壓力、流量逐漸上升，在機組負荷為540 MW時，冷卻水壓力、流量與離心泵供水時基本一致，總供水壓力0.315 MPa，流量2254 m3/h；負荷升至680 MW時，總供水壓力0.35 MPa，流量2543 m3/h，機組各軸承、空冷器冷卻水壓力、流量為離心泵供水時的約1.13倍。

負荷為200MW時上導、水導軸承+X、-Y方向擺度有所升高，負荷繼續(xù)上升后恢復正常，其他部位振動擺度值試驗過程中均正常。

各軸瓦溫度隨著機組負荷的增加逐漸上升，且均在正常范圍內(nèi)。其中離心泵供水方式下，機組負荷為560 MW時推力軸承瓦溫平均值為75.5℃，而采用頂蓋供水方式下機組負荷為 540MW 時推力軸承瓦溫平均值為 81.1℃，機組負荷為 680MW 時推力軸承瓦溫穩(wěn)定到82.5℃。

頂蓋取水試驗時，供水系統(tǒng)管路壓力、流量記錄見表1；發(fā)電機軸瓦溫度、空冷器熱冷風溫度記錄見表2，數(shù)據(jù)為同時采集。

3 結(jié)論

控制系統(tǒng)和開機流程還需要進一步完善，采用水泵供水時的開機流程，是先判斷供水系統(tǒng)供水正常后才能開機，而頂蓋取水供水時，則必須開機后才會有水。采用頂蓋取水供水時，水壓過低和水量不足報警不必作為停機條件，因為水量和水壓會隨著負荷的增加而增大。空載和小負荷時，雖然水量小，但機組發(fā)熱量也少。只要設(shè)備各部位溫度不超過限定值，設(shè)備就是安全的。試驗確定了頂蓋取水供水作為備用供水水源是可行的，緊急情況下可以進行供水切換，提高了機組安全運行系數(shù)。小灣電站首次在 700MW 級巨型機組上進行的頂蓋取水試驗，其經(jīng)驗對其它電站將有重要的借鑒作用。