白蓮河抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)迷宮環(huán)流量監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題及處理

張成華，李莉萍

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 羅田 438600）

1 工程概況

白蓮河抽水蓄能電站位于湖北省黃岡市羅田縣白蓮河鄉(xiāng)境內(nèi)，電站裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為300 MW的單級(jí)混流可逆式水泵水輪電動(dòng)發(fā)電機(jī)組，平均年發(fā)電量9.67億kW·h，年抽水耗用低谷電量12.89億kW·h，屬日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。電站以一回500 kV出線接入黃岡變，在華中電網(wǎng)承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用及黑起動(dòng)的任務(wù)。

電站水泵水輪機(jī)型式為立軸單級(jí)混流可逆式，由阿爾斯通生產(chǎn)，型號(hào)為HLN-LJ-550，機(jī)組分發(fā)電及抽水兩種工況，在轉(zhuǎn)輪與頂蓋、轉(zhuǎn)輪與底環(huán)間設(shè)置止漏環(huán)，型式為梳齒形止漏環(huán) （即迷宮環(huán)）。

2 迷宮環(huán)原理簡(jiǎn)介

2.1 上下迷宮環(huán)結(jié)構(gòu)

白蓮河抽水蓄能電站機(jī)組上迷宮直徑3 772 mm，間隙1.5 mm，下迷宮直徑3 838 mm，間隙1.8 mm，迷宮環(huán)分為固定部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分，轉(zhuǎn)動(dòng)部分與轉(zhuǎn)輪材質(zhì)相同，同為ASTMA743CA6NM，硬度為250HB，固定部分分別焊接于頂蓋及泄流環(huán)上,材料為銅鋁合金材料，硬度為150HB。上、下迷宮環(huán)示意圖如圖1、2所示。

2.2 上下迷宮環(huán)流量要求

迷宮環(huán)運(yùn)行時(shí)對(duì)冷卻水流量有明確的要求，冷卻水流量與運(yùn)行過(guò)程中迷宮環(huán)的溫度變化密切相關(guān)。溫度及流量變化都有相應(yīng)的報(bào)警及停機(jī)整定值，具體參數(shù)如表1所示。

2.3 迷宮環(huán)作用及功能

圖1 上迷宮環(huán)

圖2 下迷宮環(huán)

表1 迷宮環(huán)溫度和流量參數(shù)

機(jī)組在發(fā)電工況時(shí)轉(zhuǎn)輪室整個(gè)處于水流之中，迷宮環(huán)本身并不需要特別供給冷卻水。但機(jī)組在抽水工況啟動(dòng)時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速通過(guò)SFC拖動(dòng)由0升至額定轉(zhuǎn)速 （250 r/min），為減小SFC拖動(dòng)力矩及其所耗有功功率，在SFC拖動(dòng)機(jī)組之前先向機(jī)組尾水錐管段通入壓力為8.2 MPa的高壓氣，利用高壓氣將尾水水位下壓至-850 mm，確保轉(zhuǎn)輪在壓水水位之上，而后通過(guò)SFC拖動(dòng)機(jī)組，轉(zhuǎn)輪在空氣中轉(zhuǎn)動(dòng)，所耗有功大大少于在水中轉(zhuǎn)動(dòng)所耗有功。機(jī)組升速的過(guò)程中，轉(zhuǎn)輪室在此階段處于高壓氣中，轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分間產(chǎn)生熱量，隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的升高及迷宮環(huán)脫水，溫度逐漸升高，因此需要設(shè)置迷宮環(huán)冷卻水用于迷宮環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的冷卻及潤(rùn)滑，針對(duì)迷宮環(huán)設(shè)有溫度監(jiān)測(cè)及冷卻水流量監(jiān)測(cè)，以確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

迷宮環(huán)冷卻水取自機(jī)組球閥前壓力鋼管段，與機(jī)組主軸密封為同一水源，壓力為2.6 MPa，經(jīng)過(guò)DN150供水管后分為兩路，一路通過(guò)DN50管路單獨(dú)供給主軸密封，另一路經(jīng)液壓閥后分兩路分別通過(guò)兩根DN80供水管供給上下迷宮環(huán)，管路分別設(shè)置手動(dòng)閥，機(jī)組調(diào)試期間曾通過(guò)此手閥控制迷宮環(huán)流量。具體供水管路圖如圖3所示。

圖3 迷宮環(huán)供水管路示意

3 迷宮環(huán)運(yùn)行不穩(wěn)定問(wèn)題分析及處理措施

3.1 問(wèn)題描述

迷宮環(huán)投運(yùn)后，運(yùn)行一直不穩(wěn)定，機(jī)組調(diào)相工況運(yùn)行時(shí)，管路內(nèi)反竄進(jìn)氣體及迷宮環(huán)供水管路形成的振動(dòng)，對(duì)流量傳感器的監(jiān)測(cè)產(chǎn)生極大影響，從歷年的運(yùn)行情況看，投產(chǎn)之前及投產(chǎn)初期上下迷宮環(huán)流量問(wèn)題是引起的機(jī)組抽水不成功的主要因素，嚴(yán)重影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。由于迷宮環(huán)流量監(jiān)測(cè)的不穩(wěn)定曾多次引起機(jī)組抽水調(diào)相啟動(dòng)不成功，機(jī)組迷宮環(huán)流量設(shè)定值為上迷宮環(huán)900 L/min停機(jī)，下迷宮環(huán)1 200 L/min停機(jī)，并且都有5 s的延時(shí)，機(jī)組調(diào)試期間，迷宮環(huán)流量多次在機(jī)組設(shè)定值左右跳動(dòng)且無(wú)法穩(wěn)定。

3.2 原因分析及處理措施

3.2.1 迷宮環(huán)流量監(jiān)測(cè)

通過(guò)對(duì)迷宮環(huán)管路進(jìn)行細(xì)致的檢查，初步懷疑是管路內(nèi)部堵塞，對(duì)供水管路進(jìn)行拆卸檢查，并對(duì)球閥前取水管路進(jìn)水口濾網(wǎng)進(jìn)行了改造，但收效甚微。

機(jī)組投產(chǎn)后，電站專(zhuān)門(mén)針對(duì)迷宮環(huán)流量監(jiān)測(cè)問(wèn)題進(jìn)行分析檢查，最后分析原因有以下幾點(diǎn)：

（1）機(jī)組停機(jī)后，對(duì)迷宮環(huán)供水管路進(jìn)行壓力檢查，發(fā)現(xiàn)管路中積存大量的氣體，分析為機(jī)組調(diào)相壓水過(guò)程中少量高壓氣通過(guò)迷宮環(huán)冷卻水供水口反竄至管路中，氣體進(jìn)入管路造成冷卻水流態(tài)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致流量計(jì)電磁感應(yīng)部分無(wú)法形成穩(wěn)態(tài)流體，從而對(duì)電磁流量計(jì)的監(jiān)測(cè)造成極大影響。

（2）機(jī)組抽水調(diào)相啟動(dòng)前先打開(kāi)供水液壓閥，對(duì)迷宮環(huán)進(jìn)行冷卻供水，高壓水進(jìn)入管路后因流態(tài)的不穩(wěn)定造成管路產(chǎn)生振動(dòng)及噪音，這也是監(jiān)測(cè)不穩(wěn)定的一個(gè)因素。

3.2.2 傳感器

原流量計(jì)型號(hào)為DWM2000流量變送器，4～20 mA輸出，此傳感器用于測(cè)量導(dǎo)電液體，膠體和懸浮液的測(cè)量，測(cè)量原理如圖4所示。

圖4 DWM2000流量變送器測(cè)量原理示意圖

導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)可纏身感應(yīng)電壓U。被測(cè)液體就是一種導(dǎo)體，它的流動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直，感應(yīng)出的電壓U=K×B×V×D，其中K代表常數(shù)，B代表磁感應(yīng)強(qiáng)度，V代表介質(zhì)流速，D代表電極間距。電壓U即兩個(gè)電極之間的電壓，通過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換元件，U被轉(zhuǎn)換成與流量成正比、與負(fù)載無(wú)關(guān)的4～20mA輸出。正確的安裝位置如圖5示，錯(cuò)誤的安裝位置如圖6示。DWM2000的電源及輸出連接方式如圖7所示。

圖5 正確安裝位置

圖6 錯(cuò)誤安裝位置

圖7 DWM2000的電源及輸出連接方式

（1）根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求，此流量計(jì)應(yīng)安裝于水平管道上，并且是無(wú)氣泡的區(qū)域，由于傳感器特殊的監(jiān)測(cè)原理，當(dāng)測(cè)量區(qū)域有氣體產(chǎn)生時(shí)將使測(cè)量結(jié)果精確度大為減少，但鑒于設(shè)計(jì)因素電站迷宮環(huán)傳感器的管道均為豎直管道，管路改造難度較大；其次在機(jī)組升速過(guò)程中管道中產(chǎn)生氣體影響測(cè)量區(qū)域的流體連續(xù)性，導(dǎo)致管道內(nèi)始終無(wú)法充滿(mǎn)液體，對(duì)上送值產(chǎn)生極大的影響。經(jīng)過(guò)分析，決定對(duì)管道內(nèi)部氣體進(jìn)行處理，在上下迷宮環(huán)供水管路的最高點(diǎn)加裝排氣閥 （排氣閥能夠在管路內(nèi)存在氣體的情況下排盡氣體，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中氣體由底部向頂部運(yùn)動(dòng)，直至通過(guò)排氣閥排出。

（2）按傳感器要求通過(guò)供水手動(dòng)閥對(duì)流量進(jìn)行控制，打開(kāi)供水液壓閥同時(shí)手動(dòng)控制上下迷宮環(huán)流量供水閥，使流量穩(wěn)定在需要的范圍內(nèi) （上迷宮環(huán)穩(wěn)定于1 000 L/min以上，下迷宮環(huán)穩(wěn)定于1 400 L/min以上）。

處理后對(duì)機(jī)組調(diào)相工況啟動(dòng)起到了一定的效果，機(jī)組流量較之前更加穩(wěn)定，但運(yùn)行一段時(shí)間之后仍會(huì)出現(xiàn)管路氣體無(wú)法排盡導(dǎo)致顯示流量變小且無(wú)法穩(wěn)定的情況，現(xiàn)地調(diào)節(jié)手動(dòng)控制供水閥門(mén)仍然無(wú)法根治管路內(nèi)流態(tài)不穩(wěn)定的弊病。

3.2.3 流量傳感器的改造

通過(guò)查閱相關(guān)資料及其他電站應(yīng)用實(shí)例采取了更換流量傳感器的措施，對(duì)全站的迷宮環(huán)流量計(jì)進(jìn)行了改造,將原DWM 2000型電磁流量傳感器更換為EDD575型差壓流量傳感器。

上下迷宮環(huán)管路分別裝設(shè)有節(jié)流孔，上迷宮環(huán)節(jié)流孔徑25 mm，下迷宮環(huán)節(jié)流孔徑為27 mm，新流量傳感器壓力取自節(jié)流孔前后，通過(guò)測(cè)定迷宮環(huán)供水節(jié)流孔前后壓力差，壓差經(jīng)過(guò)傳感器內(nèi)部轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的4～20 mA輸出，傳感器能夠轉(zhuǎn)換壓差為3.75×10-4～2 MPa精度滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求。接線如圖8所示。

圖8 EDD575型差壓流量傳感器接線示意圖

電站4臺(tái)機(jī)組全部進(jìn)行流量計(jì)改造后對(duì)流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，上迷宮環(huán)流量穩(wěn)定在1 300 L/min以上，下迷宮環(huán)流量能夠穩(wěn)定在1 700 L/min以上，機(jī)組調(diào)相過(guò)程中再未出現(xiàn)流量跳動(dòng)情況，迷宮環(huán)溫度在正常范圍內(nèi)未出現(xiàn)異常，此次改造成功的解決了迷宮環(huán)流量監(jiān)測(cè)過(guò)低且不夠穩(wěn)定的問(wèn)題。

4 結(jié) 語(yǔ)

此次流量計(jì)改造針對(duì)電站迷宮環(huán)供水管路的特性選擇了差壓式傳感器，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明差壓式傳感器更適合此管路的設(shè)計(jì)，無(wú)論在有無(wú)氣體的情況下，節(jié)流孔前后壓差都不會(huì)產(chǎn)生大的波動(dòng)，傳感器的精度確保能夠?qū)翰钔旰玫霓D(zhuǎn)變?yōu)?～20 mA電流量上傳。

湖北白蓮河抽水蓄能電站迷宮環(huán)流量監(jiān)測(cè)經(jīng)過(guò)多次處理改造，達(dá)到了有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，提高了機(jī)組的啟動(dòng)成功率，運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性和可用率，為電站安全生產(chǎn)目標(biāo)完成提供了可靠的保障。

［1］ 陳加明.迷宮環(huán)優(yōu)化加工的研究和實(shí)踐 ［J］.機(jī)械制造.2007（2）:33-34.

［2］ 唐俊達(dá).水輪機(jī)檢修工作中的嘗試 ［J］.水電站機(jī)電技術(shù).1983（2）:21-23.