小灣水電站頂蓋取水試驗研究

朱麗輝；武賽波

（1. 云南機電職業技術學院，昆明 650203；2. 昆明勘測設計研究院，昆明 650051）

1 電站概況及機組主要參數

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劃八個梯級中的第二級。工程以發電為主兼有防洪、灌溉、養殖和旅游等綜合利用效益，水庫具有不完全多年調節能力，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電系統組成。水庫庫容為 149.14×108m3，電站裝設6臺700MW巨型水輪發電機組。電站于2002年1月開工，2004年10月25日大江截流，2009年10月首臺機組發電，目前電站6臺機組已全部投產發電。

1.2 機組主要參數

1.2.1 水輪機主要參數

水輪機型號: HL153-LJ-660

最大水頭: 251 m

加權平均水頭: 222.41 m

額定水頭: 216 m

最小水頭: 164 m

額定出力: 714 MW

額定轉速: 150 r/min

飛逸轉速: 286 r/min

額定流量: 360 m3/s

吸出高度: -11.9 m

1.2.2 發電機主要參數

發電機型號：SF700—40/12770

發電機型式：立式、空冷、半傘式

額定容量：700MW/778MVA

額定電壓：18 kV

功率因數：0.9

飛逸轉速：290 r/min

轉動慣量：110000 t·m2

1.3 機組冷卻用水量

發電機空氣冷卻器：1620 m3/h

發電機上導軸承：63 m3/h

發電機推力軸承：126 m3/h

發電機下導軸承：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，把水輪機轉輪上迷宮間隙產生的廢棄漏水，引出作為機組冷卻用水。其優點是水質好、變廢為寶、節省供水設備投資和節約能源。

2.2 試驗目的

小灣電站單臺機用水量約1911 m3/h，機組技術供水采用單元水泵供水方式。機組技術采用供水泵從機組尾水出口取水，經DN450mm的取水管和位于技術供水設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供水水源。

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

圖1 小灣電站機組技術供水系統圖

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）在停機狀態下，檢查頂蓋供排水系統所有閥門，各開關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）安排專人監測供水設備室技術供水管路各部軸承進水壓力、空冷器進水壓力；

（7）安排專人監視頂蓋技術供水水壓，以 0.3～0.45MPa為宜；

（8）安排專人監視頂蓋壓力，以不大于 0.5MPa為宜；

（9）安排專人監視各部軸承溫度、發電機冷、熱風溫度；

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

（11）保持供水設備室技術供水管路處、機組儀表屏、調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，手動開機到額定轉速，機組空轉運行；

·并記錄各部軸承水壓、機組各部溫度；

·如屬正常繼續觀察，若水壓有調節余地，可反復調節，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定；

·各部分溫度穩定，無繼續升高現象后，運行 1小時左右方可繼續下一步試驗。

（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定。

·各部分溫度穩定，機組正常后運行0.5小時開始帶負荷試驗。

（3）并網帶負荷試驗·機組用自動準同期方式并網帶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，穩定運行30分鐘可繼續帶下一級負荷；

·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供水試驗工作，試驗在下午 16:00開始，于當日22:30結束。共完成了手動開機操作、空載下試驗、并網帶負荷試驗等試驗項目。試驗工作進展順利，由于現場設備及監控系統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。試驗結束后相關人員對發電機風洞、水機室機坑進行了全面檢查，檢查結果正常。

表1 頂蓋取水試驗技術供水系統管路壓力、流量記錄

表2 發電機軸瓦溫度、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、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。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 時推力軸承瓦溫穩定到82.5℃。

頂蓋取水試驗時，供水系統管路壓力、流量記錄見表1；發電機軸瓦溫度、空冷器熱冷風溫度記錄見表2，數據為同時采集。

3 結論

控制系統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，但機組發熱量也少。只要設備各部位溫度不超過限定值，設備就是安全的。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。小灣電站首次在 700MW 級巨型機組上進行的頂蓋取水試驗，其經驗對其它電站將有重要的借鑒作用。