瀑布溝水電站技術(shù)供水系統(tǒng)存在的問(wèn)題及改進(jìn)方法淺析

敬燕飛，喻永松

(國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川漢源 625304)

1 概述

瀑布溝水電站是大渡河干流水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第17個(gè)梯級(jí)電站，以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益。電站最大水頭為181．7m，最小水頭為114．3m，采用6臺(tái)單機(jī)容量為600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘繛?600 MW。電站按無(wú)人值班(少人值守)原則設(shè)計(jì)，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由電站流域梯級(jí)調(diào)度中心統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行。

瀑布溝水電站主供水采用單元供水系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)設(shè)置一個(gè)供水單元，每個(gè)供水單元包含機(jī)組供水系統(tǒng)和主變供水系統(tǒng)兩部分。機(jī)組冷卻水、主變冷卻水、機(jī)組密封水供水設(shè)備均布置在蝸殼層的水泵房?jī)?nèi)。2009年，瀑布溝水電站首臺(tái)機(jī)組投運(yùn)后，技術(shù)供水系統(tǒng)先后出現(xiàn)了一些問(wèn)題。通過(guò)采取一系列技術(shù)改造措施處理后，技術(shù)供水系統(tǒng)安全可靠。

2 技術(shù)供水系統(tǒng)的組成及原理

2．1 用水設(shè)備

全站技術(shù)供水的用水設(shè)備包括:發(fā)電機(jī)上、下導(dǎo)軸承冷卻器，發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、推力軸承外循環(huán)裝置冷卻器、水導(dǎo)軸承冷卻器、水輪機(jī)主軸密封、調(diào)速器外加冷卻器、主變冷卻器及水冷式空壓機(jī)(中壓空壓機(jī)、檢修維護(hù)低壓空壓機(jī))。技術(shù)供水系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

2．2 水源及供水方式

瀑布溝水電站水頭范圍為114．3～181．7m。此時(shí)，采用自流減壓供水作為機(jī)組主供水源已不經(jīng)濟(jì)(減壓會(huì)過(guò)多地增加水能損耗，浪費(fèi)的水能已經(jīng)高于裝設(shè)水泵供水時(shí)的電能和設(shè)備的費(fèi)用)，因此機(jī)組的技術(shù)供水方式采用水泵單元供水，而自流減壓供水則作為備用水源。單元供水即每臺(tái)機(jī)組各自有一組工作水泵，這種供水方式運(yùn)行靈活，可靠性高，便于自動(dòng)控制。機(jī)組主軸密封潤(rùn)滑水以清水系統(tǒng)清潔水為主用，機(jī)組技術(shù)供水作為備用。

瀑布溝水電站清水系統(tǒng)水源取自大壩6F機(jī)取水口旁的水泵房，由三臺(tái)深井泵經(jīng)過(guò)兩根取水管抽至清水處理廠，經(jīng)過(guò)一系列水處理設(shè)備引至清水池，然后送至地下廠房作為清潔水和消防用水。清水池通過(guò)兩臺(tái)加壓泵將水打至高區(qū)水池，為開(kāi)關(guān)站提供清潔水和消防用水。

2．2．1 機(jī)組冷卻水

(1)主供水源:機(jī)組冷卻水主供水源取自尾水管，經(jīng)過(guò)兩臺(tái)臥式單級(jí)雙吸離心泵加壓，兩臺(tái)全自動(dòng)濾水器過(guò)濾，通過(guò)一臺(tái)水控閥控制到達(dá)各用水設(shè)備。將流經(jīng)冷卻器后的水排至尾水管。

(2)備用水源:機(jī)組冷卻水的備用水源取自壓力鋼管，經(jīng)二級(jí)減壓閥減壓后至濾水器和水控閥。

2．2．2 主變冷卻水

(1)主供水源:主變冷卻主供水源取自尾水管，經(jīng)過(guò)兩臺(tái)臥式單級(jí)雙吸離心泵加壓，兩臺(tái)全自動(dòng)濾水器過(guò)濾，將流經(jīng)主變冷卻器后的水排至尾閘室。

(2)備用水源:主變冷卻的備用水源取自機(jī)組備用水源即壓力鋼管經(jīng)二級(jí)減壓后一路成為機(jī)組冷卻的備用水源，另一路則成為主變冷卻的備用水源;主變冷卻的備用水源另有一路取自廠房消防供水。

表1 主要設(shè)備參數(shù)表

2．2．3 主軸密封潤(rùn)滑水

(1)主供水源:采用廠外清水池(900m3)中的兩條DN200mm管線一級(jí)減壓后供給，其中1F～3F機(jī)組主軸密封為一組，4F～6F機(jī)組主軸密封、中壓氣機(jī)、檢修用氣低壓氣機(jī)、地下副廠房衛(wèi)生間為一組。

(2)備用水源:主軸密封備用水源取自機(jī)組冷卻主供水源水控閥后端，經(jīng)管道離心泵和全自動(dòng)濾水器送至主軸密封。

2．2．4 空壓機(jī)冷卻水

空壓機(jī)冷卻水直接取自清潔水系統(tǒng)，其冷卻水直接排至滲漏集水井。

3 技術(shù)供水存在的問(wèn)題

瀑布溝水電站自2009年首臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行后，經(jīng)過(guò)近兩年時(shí)間的運(yùn)行，技術(shù)供水系統(tǒng)出現(xiàn)了一些問(wèn)題，總結(jié)歸納其具有以下特點(diǎn)。

(1)機(jī)組技術(shù)供水主用水源水泵(上海東方泵業(yè)DFSS400-460C雙吸離心泵)不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的有關(guān)揚(yáng)程、流量性能參數(shù)。水泵額定揚(yáng)程為35m(0．35MPa)，流量為 2262m3/h，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)壓力值約為0．28MPa，流量約為1805m3/h，均低于額定參數(shù)。由于機(jī)組用水設(shè)備無(wú)法滿足設(shè)計(jì)給定的壓力和流量定值，因此只能通過(guò)關(guān)閉冷卻器進(jìn)出口蝶閥憋壓的方式運(yùn)行(部分閥門(mén)開(kāi)度不足30°)。這種運(yùn)行方式會(huì)在蝶閥的閥盤(pán)處長(zhǎng)期形成射流，造成閥門(mén)汽蝕，故存在閥座密封沖毀的隱患。

(2)機(jī)組技術(shù)供水主用水源水泵的電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，局部溫度高達(dá)85℃，機(jī)組技術(shù)供水泵電機(jī)接線盒內(nèi)的接線柱螺栓擰緊力不夠，繞組線鼻子為開(kāi)式短線鼻子，接觸面積不夠，導(dǎo)致運(yùn)行中接觸面發(fā)熱，接線端子過(guò)熱氧化，致使接線端子、電纜接頭燒損，絕緣破壞造成相間短路故障。

(3)變頻器與電機(jī)不配套。瀑布溝水電站機(jī)組技術(shù)供水泵電機(jī)為普通電機(jī)，而電氣控制為變頻器，普通電機(jī)都是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的，不可能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求。國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，變頻器對(duì)普通電機(jī)的影響主要為:在運(yùn)行中會(huì)引起電動(dòng)機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗、鐵耗及附加損耗增加，會(huì)使電動(dòng)機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，對(duì)電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣和對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅，對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下將加速老化。

(4)機(jī)組及主變技術(shù)供水系統(tǒng)自投入運(yùn)行后，分別出現(xiàn)了3次水泵電機(jī)燒毀、1次水泵密封環(huán)破裂，多次水泵軸承損壞、軸封漏水等缺陷。截止2011年10月機(jī)組技術(shù)供水泵軸承已更換了32副，車(chē)氏密封更換了24個(gè);主變技術(shù)供水泵軸承已更換了40副，車(chē)氏密封更換了34個(gè)，聯(lián)軸螺栓更換了30顆。

(5)機(jī)組主軸密封、空壓機(jī)冷卻及地下副廠房共用一路供水管。因廠外824m高程清水池至廠房高程差較大，且因減壓閥供水不可靠，水壓波動(dòng)較大，相互存在干擾，故運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)清水管路法蘭斷裂和中空壓機(jī)爆破片破裂的情況。

(6)當(dāng)機(jī)組檢修、尾水排水后，主變主用和第一備用冷卻水中斷。為了保證主變正常運(yùn)行，采用將消防水作為主變冷卻水的措施，在機(jī)組檢修中也印證了該方案合理、可行。但消防供水壓力(0．7～1．2MPa)遠(yuǎn)大于主變冷卻器的供水壓力(0．3 ～0．5MPa)，且供水管路上無(wú)減壓、穩(wěn)壓設(shè)備，只能靠控制閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)供水壓力，從而給變壓器的安全運(yùn)行造成一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榍逅厝莘e有限，如有多臺(tái)機(jī)組同時(shí)檢修時(shí)，將不能保證消防用水和清水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4 處理方案

(1)針對(duì)上述機(jī)組技術(shù)供水水泵及電機(jī)存在的問(wèn)題，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn):機(jī)組技術(shù)供水泵遠(yuǎn)離最優(yōu)工況工作(揚(yáng)程35m，流量2268m3/h)，工作效率極低，遠(yuǎn)低于水泵額定設(shè)計(jì)88．5%的效率，導(dǎo)致出口壓力偏高，流量偏低。按照《水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL5066-1996)及《三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件》(JB/T8680．1-1998)的規(guī)定，結(jié)合目前各水泵運(yùn)行(流量及揚(yáng)程)及機(jī)組設(shè)備運(yùn)行溫升情況，選用了自貢水泵廠生產(chǎn)的500S35(G)離心泵和Y355L4-6/280kW電機(jī)，并將機(jī)組技術(shù)供水泵電機(jī)繞組線鼻子更換為閉式長(zhǎng)線鼻子，從而增大了接觸面積;同時(shí)，加裝了絕緣熱縮套，對(duì)接線柱進(jìn)行了緊固處理。

(2)針對(duì)機(jī)組和主變技術(shù)供水泵車(chē)式密封和軸承失效的典型缺陷，將500S35(G)離心泵采用新型車(chē)式密封，深溝球軸承更換為調(diào)心軸承。技術(shù)供水泵改造時(shí)，對(duì)電機(jī)基礎(chǔ)螺栓進(jìn)行了加強(qiáng)緊固處理，調(diào)整并優(yōu)化了電機(jī)與水泵同心度，減小了由于震動(dòng)而導(dǎo)致電機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生位移的情況。利用2011～2012年機(jī)組檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)6臺(tái)機(jī)組的12臺(tái)技術(shù)供水泵進(jìn)行了改造，經(jīng)過(guò)近一年時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)該型號(hào)水泵揚(yáng)程、流量性能參數(shù)能滿足供水系統(tǒng)要求，且閥門(mén)在全開(kāi)狀態(tài)下能滿足設(shè)計(jì)給定的壓力和流量定值要求，冷卻器進(jìn)出口蝶閥無(wú)需通過(guò)關(guān)閉憋壓的方式運(yùn)行，從而有效地保證了供水系統(tǒng)閥門(mén)等設(shè)備的使用壽命，各部軸承及空氣冷卻器溫度亦有所降低。

(3)針對(duì)變頻器與電機(jī)不配套的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)同電氣控制設(shè)備廠家及設(shè)計(jì)院溝通，將瀑布溝水電站1F、2F機(jī)組技術(shù)供水的電氣控制由變頻器改為軟啟動(dòng)器，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行并與3F～6 F機(jī)組技術(shù)供水泵進(jìn)行對(duì)比分析，兩種電機(jī)均未出現(xiàn)明顯差異，最終決定由變頻器控制的機(jī)組技術(shù)供水泵電機(jī)不更換為軟啟動(dòng)器控制。

(4)針對(duì)清水系統(tǒng)運(yùn)行不可靠的問(wèn)題，將清水系統(tǒng)的一級(jí)減壓更改為兩級(jí)減壓，同時(shí)將兩級(jí)減壓閥及Y型過(guò)濾器的壓力等級(jí)由1．6MPa提高到2．5MPa，清潔水系統(tǒng)管路中增設(shè)了泄壓管路，同時(shí)在壩后730m高程平臺(tái)上修建調(diào)壓水池，調(diào)壓水池的水源引自低區(qū)水池兩路清水系統(tǒng)管路閥門(mén)后端，經(jīng)Y型過(guò)濾器及減壓閥、浮球閥后分別接入三個(gè)不銹鋼調(diào)壓水箱后接入用水設(shè)備，同時(shí)，調(diào)壓水池設(shè)有一路溢流放空管路引至大壩下游。經(jīng)過(guò)近一年時(shí)間的運(yùn)行證明，通過(guò)調(diào)壓水池供清水系統(tǒng)后，清水系統(tǒng)的壓力維持在0．5～0．7 MPa，清水供水及用水設(shè)備運(yùn)行可靠。

(5)針對(duì)機(jī)組檢修后主變冷卻器主用水源供水中斷、消防水作為備用水源運(yùn)行不可靠的問(wèn)題，增加了一路主變冷卻水聯(lián)通管，將6臺(tái)主變冷卻水互相聯(lián)通，從而6臺(tái)主變冷卻水形成相互備用，消除了安全隱患，提高了主變運(yùn)行的可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

筆者總結(jié)了電站技術(shù)供水系統(tǒng)安裝調(diào)試和運(yùn)行中逐漸暴露出的一些問(wèn)題，并針對(duì)相應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了處理和相應(yīng)改造，處理效果良好。技術(shù)供水的可靠性直接影響水輪發(fā)電機(jī)組和主變壓器的安全運(yùn)行，雖然目前的技術(shù)供水設(shè)計(jì)理論較為成熟，但針對(duì)中高水頭水電站的技術(shù)供水特殊性，需要在設(shè)計(jì)時(shí)盡量考慮全面。