甲米河二級水電站水輪發(fā)電機組運行穩(wěn)定性淺析

張世忠

(四川鹽源甲米河水電開發(fā)有限公司，四川鹽源，615700)

1 電站水庫運行方式和機組特點

甲米河二級水電站水庫正常蓄水位2054.4m，死水位2053.4m，死庫容130.8萬 m3，調(diào)節(jié)庫容26.3萬m3。電站額定水頭61.5m，發(fā)電引用流量45.8m3/s。電站在枯水期(12月至翌年4月)、平水期(5月、11月)和汛期(6月至10月)，庫水位均在2053.4m～2054.4m范圍內(nèi)運行，即庫水位僅在1m范圍內(nèi)變化，對混流式水輪機穩(wěn)定運行十分有利。

該電站豐水年(P=10%)月最小平均流量6.56m3/s，月最大平均流量309m3/s，比值為1∶47.10;平水年(P=50%)月最小平均流量4.54m3/s，月最大平均流量168m3/s，比值為1∶37;枯水年(P=90%)月最小平均流量3.53m3/s，月最大平均流量95.6m3/s，比值為1∶27.08。即豐水年月平均流量相差47倍，平水年月平均流量相差37倍，枯水年月平均流量相差27倍。而30年一遇洪水流量為1660m3/s，200年一遇洪水流量為2140m3/s。

水庫設(shè)計洪水水位2049.78m，校核洪水水位2054.39m，均低于庫區(qū)正常水位(2054.4m)。

該水庫運行難度大，其運行水位需要依賴上游一級電站水庫運行情況來及時進行調(diào)整，所以甲米河兩級電站聯(lián)合調(diào)度是必要的。

甲米河二級電站采用三臺混流式水輪機組，水輪機型號為HLD294A－LJ－140，能保證在最低水頭59.9m和最高水頭69.4m，出力在45% ～100%范圍內(nèi)，以額定轉(zhuǎn)速428.6r/min穩(wěn)定運行。機組最大轉(zhuǎn)速上升率不超過60%，蝸殼最大壓力上升率不超過1.0MPa，吸出高度－2.47m。

2 機組現(xiàn)場安裝

該電站機電設(shè)備安裝由水電六局承包，湖南水電建設(shè)監(jiān)理公司負責(zé)監(jiān)理。安裝依據(jù)是GB/T8564－2003水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范和ATS－17中小型立式水輪發(fā)電機安裝規(guī)程(東風(fēng)電機廠)。

2.1 安裝與調(diào)試

2.1.1 導(dǎo)水機構(gòu)

根據(jù)GB/T8564－2003水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范(5.3e)底環(huán)、頂蓋調(diào)整后，對稱擰緊安裝螺栓，數(shù)量一般不少于50%，并應(yīng)符合表1～表3要求。

存在問題:底環(huán)無排水管道，在導(dǎo)葉下軸頸滲漏水增大時，導(dǎo)葉上浮與頂蓋抗磨板摩擦，將延緩關(guān)機時間，對機組不利。

解決思路:在機組A修時，增加底環(huán)排水管，將底環(huán)滲漏水排至滲漏集水井。

2.1.2 下機架及定子汞

下機架及定子汞基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫，原因是二期預(yù)留坑偏小和水泥夯實不到位，存在汞基礎(chǔ)不牢固，會造成機組振動和擺度大。

處理方法:定子和下機架基礎(chǔ)打孔灌漿，并在實施過程進行旁站監(jiān)理。

2.1.3 定子

定子現(xiàn)場安裝嚴格按標準和規(guī)范進行，具體尺寸詳見表1。

表1 甲米河二級水電站3#水輪發(fā)電機定子高程記錄單位:mm

2.1.4 機組盤車

經(jīng)過多次的盤車，處理推力頭處的絕緣墊，使數(shù)據(jù)符合規(guī)范要求(見圖1和圖2)。

圖1 甲米河二級電站3#機組軸線測定折線(Y表)

圖2 甲米河二級電站3#機組軸線測定折線(X表)

2.2 機組試運行與穩(wěn)定性試驗

2.2.1 根據(jù)廠家技術(shù)要求，整理出甲米河二級電站水輪發(fā)電機組軸承間隙，其下導(dǎo)軸承間隙不合理，將導(dǎo)致運行時振動和擺度大(見表2)。

表2 甲米河二級電站水輪發(fā)電機組軸承間隙(廠家藍圖) 單位:mm

問題:下導(dǎo)軸承間隙設(shè)計不全理——呈大肚型。從表2知上導(dǎo)軸承和水導(dǎo)軸承的總間隙均為0.20mm～0.30mm，而下導(dǎo)軸承的總間隙為0.30mm～0.40mm，是典型大肚型，會造成上導(dǎo)軸承和水導(dǎo)軸承受徑向力偏大，而下導(dǎo)軸承受徑向力偏小，水導(dǎo)軸承燒瓦的機率就會增加大。

處理方法:經(jīng)過查閱相關(guān)資料和計算，其理由見表3。

表3 甲米河二級電站水輪發(fā)電機組示意圖相關(guān)尺寸說明 單位:mm

根據(jù)GB/T15468水輪機基本技術(shù)條件和GB/T11348.5旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定，第5部分:水力發(fā)電廠和泵站機組，附錄A圖A.2水力機器或機組轉(zhuǎn)軸相對振動位移峰－峰值推薦評價區(qū)域。

GB/T水輪機基本技術(shù)條件154685.5.3在正常運行情況下，主軸相對振動(擺度)應(yīng)不大于GB/T11348.5—2006圖A.2中所規(guī)定的B區(qū)上限線，得振動位移SP－P≤0.24mm，且不超過軸承間隙的75%，得(0.20mm～0.30mm)×75%≤0.225mm。

由以上兩條可得，甲米河二級水電站上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承和水導(dǎo)軸承的擺度≤0.225mm。

2.2.2 3#盤車數(shù)據(jù)出來，通過整理分析，并多次與廠家現(xiàn)場代表和主設(shè)人員溝通，廠家主設(shè)人員重新核算，重新制定了甲米河二級水電站機組軸承間隙值:上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承和水導(dǎo)軸承單邊瓦隙控制為0.1mm～1.15mm，為了避免水導(dǎo)瓦溫高，水導(dǎo)單邊瓦隙放大到0.13mm。

2.2.3 四川中鼎公司分別于2013年7月13日、7月14日和7月17日，對甲米河二級水電站三臺水輪發(fā)電機組做了動平衡試驗，三臺機組均未配重，都符合相關(guān)規(guī)范要求(詳見圖3和圖4)。

圖3 甲米河二級電站3#機組擺度變化折線

圖4 甲米河二級電站3#機組振動變化折線

2.2.4 機組甩負荷試驗數(shù)據(jù)分析

存在問題:3#機組甩100%負荷時，機組過速(140%)停機(即轉(zhuǎn)速上升率過高)。其分析詳見圖5和圖6。

解決思路:因3#機組甩滿負荷時轉(zhuǎn)速上升率19.40%，而國標可達45.00%之間有25%上升空間(1#機組甩滿負荷時轉(zhuǎn)速上升率26.15%，而國標可達45.00%之間有18%上升空間、2#機組甩滿負荷時轉(zhuǎn)速上升率27.27%，而國標可達45.00%之間有17%上升空間)，將機組導(dǎo)葉關(guān)閉時間從現(xiàn)在的10.2s適當(dāng)調(diào)短(根據(jù)調(diào)保計算)，這樣可避免帶100%負荷時，出現(xiàn)機組甩停的現(xiàn)象，并減小機組軸承的磨損。

圖5 3#機組甩負荷試驗機組轉(zhuǎn)速上升率與蝸殼水壓上升率關(guān)系

圖6 3#機組甩負荷試驗機組頻率與導(dǎo)葉關(guān)系

2.2.5 機組72h試運行

由于前期控制，三臺機在11月08日17∶05至11月14日18∶06相繼完成72h帶負荷試運行，均一次試運行成功。

3 結(jié)語

3.1 機組固定部分安裝嚴格按規(guī)范進行監(jiān)控。如，要求進行下機架及定子基礎(chǔ)打孔灌漿處理并得到落實。

3.2 機組轉(zhuǎn)動部分做好盤車工作，作好每一次盤車數(shù)據(jù)的分析。如3#機盤車達10d共獲6次數(shù)據(jù)，進行整理和分析，并認真研磨絕緣墊和調(diào)整軸瓦，直至合格。

3.3 重新設(shè)定機組下導(dǎo)軸承間隙

根據(jù)GB/T154685.5.3，在正常運行情況下，主軸相對振動(擺度)應(yīng)不大于GB/T11348.5－2006圖A.2中所規(guī)定的B區(qū)上限線，且不超過軸承間隙的75%。與制造廠主設(shè)人員進行多次溝通協(xié)商，將下導(dǎo)軸承總間隙從0.30mm～0.40mm變?yōu)?.20mm～0.30mm;水導(dǎo)軸承總間隙從0.20mm～0.30mm變?yōu)?.26mm～0.30mm。

3.4 三臺機組一次啟動成功

經(jīng)中鼎公司動平衡試驗，三臺機組均未配重，順利通過了空載、升速等試驗，并符合國家規(guī)范要求。

3.5 存在問題和解決思路

底環(huán)無排水管道。建議在機組A修時，增加底環(huán)排水管，將底環(huán)滲漏水排至滲漏集水井。

機組甩100%負荷時停機。建議根據(jù)調(diào)保計算，將機組導(dǎo)葉關(guān)閉時間從現(xiàn)在的10.2s適當(dāng)調(diào)短，可避免甩帶負荷時出現(xiàn)停機現(xiàn)象，并減小機組軸承磨損。

〔1〕商 舸，王 冰，黃奮杰．長江三峽水電站水輪發(fā)電機組若干技術(shù)問題．現(xiàn)代水力發(fā)電機組工程應(yīng)用和研究．北京:中國電力出版社，2007．