大橋電廠2#水輪機改造

劉建龍

摘 要：大橋水庫水力發電廠位于四川省涼山州冕寧縣境內，利用水庫年調節性能成為四川電網枯季主力電站。通過改造將原水輪機轉輪、泄水錐整體更換，同時對導水機構進行局部修復和改進；發電機部分更換上下導和空氣冷卻器，更換制動器和轉子引出線等。改造后電站的運行效率和自動化水平獲得顯著提高。

關鍵詞：發電廠；水輪機；改造

1 電廠簡介

大橋水庫水力發電廠位于四川省涼山州冕寧縣境內，是安寧河流域開發的龍頭電站，電站為引水式電站，水源由大壩經壓力隧洞引至調壓井，再由調壓井經壓力鋼管引至4臺發電機。電站最大水頭189m，設計水頭156m，最小水頭130m。電站總裝機90000kW，安裝四臺立軸混流式水輪發電機組，單機容量22500kW。機組由東風電機廠和東方電機廠聯合生產制造，電廠始建于1993年11月，于2000年6月投產。

大橋水庫水力發電廠利用水庫年調節性能成為四川電網枯季主力電站。改造方案將原水輪機轉輪、泄水錐整體更換，同時對導水機構進行局部修復和改進；發電機部分更換上下導和空氣冷卻器，更換制動器和轉子引出線。同時，更換相應的自動化元件。

增設純機械過速保護裝置，增設振擺監測分析系統。輔機部分，更換進水閥工作密封和接力器；供排水水系統主要設備都作了更換，以及更新全廠公用自動化元件，提高了電站的運行效率和自動化水平。

（1）水輪機導水機構及泄水錐磨蝕嚴重。機組經過十多年長時間的運行，受氣蝕破壞，水輪機導葉間隙增大，造成漏水量增加，水輪機效率下降，開停機困難等危害。磨損嚴重的部位主要是導葉上、下端面，與導葉相對應的抗磨板以及導葉的內側面等處。泄水錐同樣氣蝕嚴重，導致水輪機運行時振動加劇，噪音明顯。

（2）水輪機轉輪磨蝕嚴重。機組經過十多年長時間的運行，受氣蝕、泥沙磨損聯合作用，水輪機轉輪磨蝕嚴重，形成魚鱗坑，葉片背面呈海錦狀蜂窩麻面，葉片厚度變薄，出水邊成鋸齒狀破壞，使水輪機水能效率降低，達不到額定出力。轉輪的嚴重磨蝕導致檢修工作量加大，檢修周期縮短，檢修時間延長。電站每年枯水期都集中人力對轉輪進行補焊、打磨、修復，經多次修型后，葉片變型，導致水輪機運行振動明顯，給機組的安全運行帶來隱患。（見圖1、圖2）

（3）水導冷卻器冷卻效果差。水導冷卻器經多年運行，管路局部水頭損失增大，老化嚴重，熱交換效果差，運行溫度高。

3 發電機現狀

（1）發電機空冷器冷卻效果差。發電機空冷器和上導、下導空冷器經多年運行，老化嚴重，熱交換效果差，運行溫度高。

（2）機組制動器。發電機制動器經多年運行，老化嚴重，出現活塞不能復位，密封破損，漏氣漏油等問題，給機組的安全運行帶來隱患。

4 進水蝶閥現狀

進水閥裝置采用液控蝶閥，公稱直徑為1.8m。1、2號機組，3、4號機組分別共用一套油壓裝置，型號為HG-02，額定壓力4.0MPa，由壓力罐、回油箱、螺桿油泵、安全閥、油位信號器等組成。經現場踏勘觀察蝶閥由于密封老化，滲水較大，機組一旦停機主閥關閉后，再次開啟困難。蝶閥層空間狹小，潮濕昏暗，旁通閥及檢修閥銹蝕嚴重，啟閉困難。漏油箱設備陳舊，銹蝕嚴重。

供排水系統：

技術供水的主要對象是發電機空氣冷卻器、上導推力軸承冷卻器、下導軸承冷卻器、水導軸承冷卻器等。本電站采用減壓供水方式，在2#機和3#機各設1個取水口，經濾水器過濾，減壓閥減壓后供至技術供水總管，再通過支管引至機組各冷卻器，兩路取水管通過一個手動閥連通，互為備用。

檢修排水采用集水井排水方式，設置兩臺立式離心泵，一主一備。排水泵額定流量320m3/s，額定揚程25m。排水泵安裝于蝶閥層EL.1822.60m，檢修集水井頂板上。

滲漏排水采用集水井排水方式，設置兩臺立式離心泵，一主一備。排水泵額定流量320m3/s，額定揚程25m。排水泵安裝于蝶閥層EL.1822.60m，滲漏集水井頂板上。

經現場踏勘觀察減壓閥經多年運行減壓效果差，導致閥后水壓不穩定；供水管路上的閥門大多因老化操作困難，密封不嚴出現滲水現象，危及安全運行。滲漏排水和檢修排水，底閥漏水嚴重，檢修頻繁，排水泵都安裝在蝶閥層，蝶閥層設備擁擠，地板濕滑，管路設備銹蝕嚴重，運行環境較差。（見圖4）

5 水輪機部分改造的必要性

（1）水輪機導水機構投入運行時間長，磨蝕嚴重，導葉漏水量大，根據《SL193 小型水電站技術改造規程》，水輪機流通部件磨蝕嚴重，不能保證安全運行的，應對其進行技術改造。

（2）水輪機轉輪葉片變形嚴重，經過多次補焊，不能保證安全運行。根據《SL193 小型水電站技術改造規程》，水輪機設備陳舊，性能落后，應更換新型轉輪，提高水輪機運行效率。

（3）泄水錐線性落后，氣蝕嚴重，根據《SL193 小型水電站技術改造規程》，水輪機設備陳舊，性能落后，應改進流通部件型線與結構，提高水輪機運行效率。

（4）水導冷卻器運行時間長，冷卻效果差，應對其進行技術改造。

6 供排水系統改造的必要性

（1）廠內集水井排水泵轉輪汽蝕嚴重，底閥維護工作量大。根據《SL193 小型水電站技術改造規程》要求，設備配置不合理，效率低，能耗大，老化嚴重，應對其進行技術改造。

（2）減壓閥閥后壓力不穩，易出故障，根據《SL193 小型水電站技術改造規程》要求，事故率高，不能保證安全運行的設備應對其進行技術改造。

7 蝶閥及其控制系統改造的必要性

進水蝶閥密封老化，漏水量大，根據《SL193 小型水電站技術改造規程》的要求，進水閥漏水量超過標準規定值時，應改進進水閥的密封形式或更滑新型進水閥，改造后水輪機進水閥的漏水量不超過GB/T14478 《大中型水輪機進水閥門基本技術條件》規定的標準。

8 水機部分

8.1 水輪機的改造

（1）水輪機轉輪整體更換。針對水輪機葉片和轉輪體磨蝕嚴重的現狀，進行補焊已經不能解決問題，考慮整體更換轉輪。電站原用轉輪型號HLD126-LJ-145，本次改造更換為同型號的新轉輪，材質選用整體不銹鋼。電站于2012年已對1#和3#機組的轉輪改造完畢，因此本次僅更換2#和4#機組的轉輪。

（2）水輪機導水機構局部進行修復和改進。控制環與頂蓋位置抗磨板等關鍵位置應選擇更好的抗磨材料。

（3）對水輪機泄水錐設計線性作優化和改進，更換泄水錐。優化后的泄水錐應減小高壓脈動區域和幅值，有效減少尾水管的脈動壓力。電站于2010年已對3#機組的轉輪改造完畢，因此本次更換1#、2#和4#機組的泄水錐。

（4）更換水導冷卻器。

（5）增加純機械過速保護裝置，使機組運行更加安全可靠。為提高機組運行的安全性，此次改造增加純機械過速保護裝置。安裝部位考慮在主軸靠近水導軸承附近。純機械過速保護裝置為電站提供最后一道保護，可靠性高，為電站實現“無人值班，少人值守”的自動化運行打下基礎。

（6）增加機組振動擺度測量分析系統，使機組運行更加安全可靠。每臺機組配置1套振動擺度監測系統，用于監測機組的振動、擺度等信號。為機組安全運行、檢修維護提供可靠數據，提高電站發電設備運行水平。振動測點：分別在上機架、下機架和頂蓋處，各設置2個水平振動測點，2個測點互成90°；在上機架、下機架和頂蓋處，各設置1個垂直振動測點。擺度測點：分別在機組上導、下導、水導軸承的徑向設置互成90°的2個測點，3組測點方位應相同。

8.2 水輪發電機的改造

（1）更換發電機空冷器，上導空冷器和下導空冷器。

（2）更換機組制動器，制動器更換為油氣分離三腔式制動器。

（3）更換轉子引出線。

8.3 進水閥及其油壓裝置的改造

根據電站實際情況，電站由一根引水總管分為4根支管引至機組。電站11月份至此年6月份是發電高峰期，其余時間進行蓄水，蓄水期間一般發1～2臺機組；4臺機組同時不運行的情況一般在對壓力隧洞進行檢修期間，這時需要機組全部停機，但通常檢修時間也只安排幾天。若此次整體更換，必須關閉總管前閘門，每臺進水蝶閥更換所需時間按20天到1個月考慮，則更換4臺進水蝶閥將耗時近4個月，電站不具備這么長的時間更換蝶閥，如果停機4個月，將給電站的生產帶來很大損失。

考慮到進水蝶閥本體無明顯損傷，此次改造保留進水蝶閥本體。

原進水蝶閥采用雙密封形式，為改善進水閥密封的漏水現象，更換工作密封，密封材料采用優質耐磨耐油耐老化的高強度合成橡膠。為改善蝶閥啟閉困難的情況，考慮增加接力器容量的可行性。若增加接力器缸徑，一、閥門閥軸承壓增加，經計算，閥軸軸承承載的應力約42.1MPa，軸許用應力120Mpa，滿足使用要求，能長期安全的運行。二、地腳螺栓承受應力增加，經計算，在工作壓力4.0Mpa時，￠380接力器對基礎的推力為46.24t，拉力為43.6t，地腳螺栓為M48×4，單支螺栓可承受應力68Mpa，滿足使用要求。三、復核油壓裝置容量，原油壓裝置能夠滿足要求。

綜上，可將原接力器缸徑從￠350增加至￠380。