高海拔水電站水力機械專業設計若干經驗總結

【摘要】本文從設計角度，對西藏藏木水電站在電站在建設期間或投運后發現的與高海拔相關的問題進行總結。通過總結，可為其它高海拔電站的設計在一些細節上提供參考。

【關鍵詞】高海拔；水力機械；經驗總結

1、引言

藏木水電站為西藏歷史上第一座具有里程牌意義的大型水電站，電站首臺機于2014年11月投產發電。藏木水電站設有6臺混流式機組，總裝機51萬kW。目前，6臺機組均已投產發電，機組運行穩定。

藏木水電站工程有較多亮點，在設計上可為西藏其它電站提供較好的參考意義。但任何事情都有兩面性，我們在看到成績的同時，更應對美中不足之處加以總結，以便后續電站設計盡量避免設不足之處。藏木水電站設計過程中要克服一個顯著特點就是高海拔，廠房處海拔高程超過3200m。眾所周知，隨著海拔的增加，機電設備會出現焊接質量變差、電機效率下降、電氣絕緣性能變差、設備散熱不充分等問題。本文從高海拔角度，對設計院水力機械專業設計的若干經驗進行總結。

2、水力機械設備選型若干經驗總結

（1） 結構連接件盡量減少高海拔地區現場焊接工作量

西藏高海拔地區由于空氣稀薄，部件的人工焊接質量相對內地更難以保證。因此，機組各部相互連接的部位可考慮采用螺栓把合等方式，如4#～6#機組的分辨定子機座、分辨轉子支架及上下機架支臂采用了現場螺栓把合的結構，裝配后的設備質量得到了較好保證。

（2） 高寒地區電站尾水閘墩出口處的排水管宜向下設置一定坡度

藏木電站地處西藏高海拔寒冷地區，極端最低氣溫可達-16.6℃，為防止尾水閘墩出口處的排水管在冬季出現結冰封堵情況，水力機械專業將尾水閘墩內垂直埋管盡量遠離混凝土面（防凍厚度外），出口的水平埋管設計成斜下形式。滲漏及檢修排水泵停泵時，水平管段內的存水可自流至尾水中不會產生凍結，垂直段存水由于距離混凝土面距離較遠也不會凍結。

（3） 高寒地區電站檢修排水泵出口可設置管路排空閥

除出口管路向下傾斜設計外，藏木電站在檢修排水泵出口也設置有排空閥。由于機組檢修排水泵僅在機組檢修排水時啟動，為防止排水管內存水結冰封堵現象，水力機械專業在檢修排水泵出口管路的底部設置了一只DN25mm排空用球閥，該閥平時處于關閉狀態；當機組完成檢修時，打開該排空用球閥，將排水管內的存水排空，以防止下臺機組檢修時出現排水管內存水結冰，無法使用的情況。

（4） 高海拔機組的油槽設計應避免出現內擋油環側真空

藏木1#機組調試期間，開機前測得下導油槽油位為90mm（油位尺讀數，不是距油槽底部高度），開機3h后油位降至34.4mm，并且機坑內下導以下端面伴有甩油現象，經檢查確認為下導內檔油環處甩油，并且機組運行時間越長油位越低、甩油越嚴重。經停機檢查，并未發現檔油環出現問題，且停機時間超過1h后油槽內油位自動恢復至啟機前的靜止油位。經分析，原因為機組運轉時油槽內側形成負壓，潤滑油被吸入油擋環內圈，隨著機組運行時間增加，油槽內負壓越大、導瓦內側油位越高、外側油位越低；機組停機后，由于油槽內的真空被破壞，油位由油槽內側自流回外側，油位又恢復正常。

現場處理方法為在下導油槽頂部開設12個孔并裝設油呼吸器，增大油槽呼吸器通流面積以減少空氣流通阻力。針對此情況，在以后西藏高海拔低氣壓地區機組采購過程中，應考慮因當地氣壓低較易出現油槽內側真空的可能性，強調在機組結構設計時予以重視，避免出現類似情況。

（5） 高海拔機組集電環與碳刷的結構與布置應考慮空氣稀薄不利散熱的影響

1#～3#機組運行時發現碳刷溫度過高，特別是3#機組達到近100℃，經檢查后發現主要原因是由于發電機碳刷與集電環布置于封閉式結構中。制造廠將碳刷與集電環設計在密閉結構中原本是為了用吸塵器吸出碳刷與集電環摩擦產生的粉塵，但由此也帶來了摩擦產生的熱量不能及時有效散出的問題。因此，對于以后的西藏高海拔電站機組而言，應考慮空氣稀薄的實際情況，集電環與碳刷的外部結構與布置應考慮更利于散熱的形式。

（6） 高海拔水泵選型應考慮考慮空氣稀薄不利散熱的影響

藏木機組的循環供水泵采用長軸深井泵，每臺機組設置2臺，一主一備、主備定期切換。機組投運后發現：主備水泵按照控制流程設定的12h切換一次情況下，水泵電機軸瓦的溫度偏高，最高時達110℃。為此，電廠運行人員將主備水泵的切換時間調整為6h，水泵電機軸瓦的最高溫度也降低至100℃以內。

針對高海拔大容量電機的長軸泵，選型時應注意以下原則：（1）盡可能選用電機置于水下的潛水深井泵，電機可以通過井內積水冷卻；（2）若采用常規空冷式長軸深井泵，必須考慮設置主備水泵切換，在招標階段除提出高海拔空氣稀薄對電機散熱可能產生的影響外，還應請制造廠提高電機附屬設備如軸瓦等的散熱能力。

（7） 西藏地區機組的透平油牌號選擇應考慮冬季寒冷影響

由于藏木電站主廠房在冬季特別是夜晚的氣溫度較低，機組使用L-TSA46#汽輪機油的粘度較大，運行中容易造成油系統濾芯堵塞。因此，后續西藏項目或寒冷地區的水輪發電機組用透平油可以考慮使用粘度相對較低的L-TSA32#汽輪機油（透平油牌號即為40℃下的中間點運動粘度值（mm2/s）），并在機組招標文件時就予以明確。

3、結論

如今，藏木電站已建設完畢，但西藏尚有其它水電工程正在或即將開發。對藏木工程在設計、施工、運行過程中的相關問題進行總結，有利于其它工程對此進行借鑒，揚長避短，以建設更加出色的優質工程。