高水頭多泥沙電站噴針噴嘴材質(zhì)的合理選擇

張曉光

（云南大唐國際碧玉河水電開發(fā)有限公司美光河水電站，云南 迪慶 674600）

美光河水電站地處迪慶州維西縣永春鄉(xiāng)境內(nèi)，電站為引水式開發(fā)，由東（西）引水壩、東（西）引水隧洞、引水渠，前池、壓力管道、發(fā)電廠房、升壓站等組成。機組為臥式?jīng)_擊式機組，電站額定工作水頭為169 m，調(diào)速系統(tǒng)由上下兩套噴針系統(tǒng)組成。電站上游沿線是維蘭公路，兩邊的植被破壞嚴重，河水的含泥沙量相當大，并且經(jīng)常伴有小木屑等雜質(zhì)，使得機組噴針系統(tǒng)由于磨損過大，經(jīng)常轉速控制不住，無法并網(wǎng)。

1 介紹美光河水電站臥式?jīng)_擊式機組調(diào)速系統(tǒng)

1.1 水輪機設備簡介

水輪機是浙江金華市金龍水電設備廠 CJA237－W－100/2X11型沖擊式水輪機。此種水輪機為水斗水輪機屬沖擊型，高水頭，小流量的典型水力機械，該機型適用于水頭一般在100 m－1 000 m水頭段。水以壓力水管引經(jīng)噴嘴，組成一股射流沖擊轉輪作功，經(jīng)由主軸，聯(lián)軸器帶動發(fā)電機發(fā)電。此種水輪機具有結構簡單緊湊，運行工況區(qū)域寬而穩(wěn)定，操作管理、維護保養(yǎng)方便等特點。此水輪機主要由機體部分、噴水管部分、分支管、伸縮節(jié)、閘閥、折向器和制動管路系統(tǒng)等部分組成。噴水管部分主要由接力器缸、活塞連接器、噴管、噴針桿、支持架、噴嘴體、噴針等組成。噴針桿在接力器壓力油作用下打開（或關閉）噴嘴口，壓力水流經(jīng)支持架由噴嘴口噴射以高速密實的流速沖擊轉輪，使轉動部分旋轉。折向器又稱偏流機構，用于機組突甩負荷時，使射流折向離開水斗，以防止機組飛車和水錘壓力上升過大。

1.2 調(diào)速器系統(tǒng)簡介

美光河水電站機組調(diào)速器系統(tǒng)采用的是上饒開元電站控制設備制造有限公司研發(fā)的 CWT/2型雙噴嘴沖擊式水輪機可編程調(diào)速器。此系列觸摸屏可編程雙噴嘴沖擊式調(diào)速器采用先進的可編程數(shù)字控制技術和液壓技術，使調(diào)速器具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，其控制折向器和噴針接力器的閥組集成化，結構新穎，運行可靠，并且采用了圖形顯示終端（觸摸屏），操作方便，維護十分簡單。其主要功能是自動或手動開停機及增減負荷；無條件、無擾動地實現(xiàn)自動與手動的相互切換；實現(xiàn)機組的頻率調(diào)節(jié)和快速并網(wǎng)；根據(jù)整定的 Bp值和電網(wǎng)頻差自動調(diào)整機組的出力；中、英文顯示畫面，能顯示微機故障源及報警，便于實現(xiàn)與上位機的通訊，提高電站自動化水平。電氣部分的主要特點：采用了可靠性極高的PLC；調(diào)節(jié)規(guī)律為變結構、變參數(shù)PID智能數(shù)字控制；采集機頻、網(wǎng)頻、導葉開度、手動、自動等調(diào)整器的各種參數(shù)及機組所處的各種運行狀態(tài)及調(diào)節(jié)模式，并在觸摸屏上顯示，能方便地進行整定和修改調(diào)速器的各種運行參數(shù)；可以使任一噴針作為主噴針，擔任調(diào)頻工作等特點。

1.3 機組的轉速控制與負荷調(diào)整

機組的轉速控制主要是通過控制兩個噴針的開度來實現(xiàn)的。當機組啟動時，假如以#2噴針（上噴針）為主，#1噴針（下噴針）為輔的運行方式下，點擊“開調(diào)速器令”機組開始起動，#2噴針開啟到啟動開度，然后迅速回調(diào)使機組保持在額定轉速500 RPM，這時#1噴針不參與調(diào)整。起勵并網(wǎng)后，隨著機組負荷的增加，#1噴針逐步打開，并與#2噴針同步，共同對機組負荷進行調(diào)整。

2 美光河水電站機組運行時存在的問題

第一，單噴針為主，機組啟動后轉速不能穩(wěn)定在額定轉速，即使在主噴針很快速的關下來的情況。機組轉速一直處于快速上升的狀態(tài)，從500 RPM爬到550 RPM，即使折向器頻繁動作轉速也降不下來，機組無法并網(wǎng)。

第二，美光河水電站在整個怒江電網(wǎng)中屬于小的調(diào)峰機組，啟停頻繁，并且接在河西變10 KV母線上，系統(tǒng)極不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)甩負荷的情況。機組一旦面臨甩負荷時，由于噴針系統(tǒng)磨損大，漏水嚴重，即使折向器多次動作，也會出現(xiàn)超速現(xiàn)象，對設備的安全穩(wěn)定運行帶來了極大的隱患。

3 機組超速，無法并網(wǎng)的原因分析

第一，噴針頭采用的為45號鋼，噴嘴材質(zhì)為ZG230－450鑄鐵，兩種材質(zhì)偏軟，耐磨性及耐腐蝕性不適合這種高水頭，含沙量大的電站。

第二，來水由于含泥沙量大，對噴針系統(tǒng)沖刷大，導致噴針噴嘴的結合面之間不能很好地封住水，轉速無法控制，機組無法并網(wǎng)。

4 機組故障現(xiàn)象檢查，排除故障的措施及方案

4.1 機組的故障現(xiàn)象檢查

機組轉速控制不住，無法并網(wǎng)后我們到轉輪室測量了噴針與噴嘴間的間隙，發(fā)現(xiàn)磨損較嚴重，特別是噴針頭與噴嘴的結合面磨損嚴重，有1 cm左右環(huán)形凹槽。上噴針間隙測量結果為y：0.4 mm －y：0.15 mm x：0.05 mm －x：0.15 mm 下噴針測量結果為y：0.4 mm －y：0.3 mm x：0.42 mm －x：0.42 mm。通過測量檢查發(fā)現(xiàn)噴針噴嘴磨損嚴重，無法滿足生產(chǎn)需要。

4.2 解決問題的措施及方案

通過將接力器缸進行內(nèi)壁打磨，提高了缸壁的光滑度，延長了密封圈的使用壽命，保證了接力器缸的工作壓力的穩(wěn)定，保證噴針正常開啟或關閉。

由于機組噴針系統(tǒng)漏水較大，調(diào)速器顯示噴針已全關了，轉速無法控制，不能并網(wǎng)。采取了一個措施把接力器的導向夾車短了10 mm，這樣可以增加噴針與噴嘴的接合面面積，保證噴針關嚴，從而穩(wěn)定機組的轉速，但由于還是由于噴針噴嘴材質(zhì)的選擇與含泥沙大的水質(zhì)無法匹配，運行時間不長，問題再次出現(xiàn)。

5 解決后的運行情況

機組新噴針更換后，噴針接力器缸體里的調(diào)節(jié)墊套下不需要再墊銅片噴針就可以全關了，機組的超速試驗也很正常。機組改造后，沒有發(fā)生任何缺陷，提高了設備的安全可靠性，穩(wěn)定了機組轉速，實現(xiàn)了機組的安全長周期運行。

6 結束語

可見，電站機組設備的選型要根據(jù)電站實際情況顯得異常重要。特別是對高水頭多泥沙的機組，如何選擇適合的設備，為日后機組安全穩(wěn)定運行打下堅實的基礎，就顯得尤為關鍵和重要。

[1]紀云生，康世榮，陳東山，等.水利水電工程施工組織設計手冊[M].北京：水利水電出版社，1990.

[2]汪旭光，徐天瑞，張正宇，等.GB6722－2003.爆破安全規(guī)程[M].中國工程爆破協(xié)會，2003.