大橋電廠2#水輪機(jī)改造

劉建龍

摘 要：大橋水庫(kù)水力發(fā)電廠位于四川省涼山州冕寧縣境內(nèi)，利用水庫(kù)年調(diào)節(jié)性能成為四川電網(wǎng)枯季主力電站。通過(guò)改造將原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、泄水錐整體更換，同時(shí)對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行局部修復(fù)和改進(jìn)；發(fā)電機(jī)部分更換上下導(dǎo)和空氣冷卻器，更換制動(dòng)器和轉(zhuǎn)子引出線等。改造后電站的運(yùn)行效率和自動(dòng)化水平獲得顯著提高。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；水輪機(jī)；改造

1 電廠簡(jiǎn)介

大橋水庫(kù)水力發(fā)電廠位于四川省涼山州冕寧縣境內(nèi)，是安寧河流域開發(fā)的龍頭電站，電站為引水式電站，水源由大壩經(jīng)壓力隧洞引至調(diào)壓井，再由調(diào)壓井經(jīng)壓力鋼管引至4臺(tái)發(fā)電機(jī)。電站最大水頭189m，設(shè)計(jì)水頭156m，最小水頭130m。電站總裝機(jī)90000kW，安裝四臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量22500kW。機(jī)組由東風(fēng)電機(jī)廠和東方電機(jī)廠聯(lián)合生產(chǎn)制造，電廠始建于1993年11月，于2000年6月投產(chǎn)。

大橋水庫(kù)水力發(fā)電廠利用水庫(kù)年調(diào)節(jié)性能成為四川電網(wǎng)枯季主力電站。改造方案將原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、泄水錐整體更換，同時(shí)對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行局部修復(fù)和改進(jìn)；發(fā)電機(jī)部分更換上下導(dǎo)和空氣冷卻器，更換制動(dòng)器和轉(zhuǎn)子引出線。同時(shí)，更換相應(yīng)的自動(dòng)化元件。

增設(shè)純機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置，增設(shè)振擺監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。輔機(jī)部分，更換進(jìn)水閥工作密封和接力器；供排水水系統(tǒng)主要設(shè)備都作了更換，以及更新全廠公用自動(dòng)化元件，提高了電站的運(yùn)行效率和自動(dòng)化水平。

（1）水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及泄水錐磨蝕嚴(yán)重。機(jī)組經(jīng)過(guò)十多年長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，受氣蝕破壞，水輪機(jī)導(dǎo)葉間隙增大，造成漏水量增加，水輪機(jī)效率下降，開停機(jī)困難等危害。磨損嚴(yán)重的部位主要是導(dǎo)葉上、下端面，與導(dǎo)葉相對(duì)應(yīng)的抗磨板以及導(dǎo)葉的內(nèi)側(cè)面等處。泄水錐同樣氣蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)加劇，噪音明顯。

（2）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪磨蝕嚴(yán)重。機(jī)組經(jīng)過(guò)十多年長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，受氣蝕、泥沙磨損聯(lián)合作用，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪磨蝕嚴(yán)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(jī)水能效率降低，達(dá)不到額定出力。轉(zhuǎn)輪的嚴(yán)重磨蝕導(dǎo)致檢修工作量加大，檢修周期縮短，檢修時(shí)間延長(zhǎng)。電站每年枯水期都集中人力對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行補(bǔ)焊、打磨、修復(fù)，經(jīng)多次修型后，葉片變型，導(dǎo)致水輪機(jī)運(yùn)行振動(dòng)明顯，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。（見圖1、圖2）

（3）水導(dǎo)冷卻器冷卻效果差。水導(dǎo)冷卻器經(jīng)多年運(yùn)行，管路局部水頭損失增大，老化嚴(yán)重，熱交換效果差，運(yùn)行溫度高。

3 發(fā)電機(jī)現(xiàn)狀

（1）發(fā)電機(jī)空冷器冷卻效果差。發(fā)電機(jī)空冷器和上導(dǎo)、下導(dǎo)空冷器經(jīng)多年運(yùn)行，老化嚴(yán)重，熱交換效果差，運(yùn)行溫度高。

（2）機(jī)組制動(dòng)器。發(fā)電機(jī)制動(dòng)器經(jīng)多年運(yùn)行，老化嚴(yán)重，出現(xiàn)活塞不能復(fù)位，密封破損，漏氣漏油等問(wèn)題，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

4 進(jìn)水蝶閥現(xiàn)狀

進(jìn)水閥裝置采用液控蝶閥，公稱直徑為1.8m。1、2號(hào)機(jī)組，3、4號(hào)機(jī)組分別共用一套油壓裝置，型號(hào)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(hào)器等組成。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘觀察蝶閥由于密封老化，滲水較大，機(jī)組一旦停機(jī)主閥關(guān)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(yán)重，啟閉困難。漏油箱設(shè)備陳舊，銹蝕嚴(yán)重。

供排水系統(tǒng)：

技術(shù)供水的主要對(duì)象是發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、上導(dǎo)推力軸承冷卻器、下導(dǎo)軸承冷卻器、水導(dǎo)軸承冷卻器等。本電站采用減壓供水方式，在2#機(jī)和3#機(jī)各設(shè)1個(gè)取水口，經(jīng)濾水器過(guò)濾，減壓閥減壓后供至技術(shù)供水總管，再通過(guò)支管引至機(jī)組各冷卻器，兩路取水管通過(guò)一個(gè)手動(dòng)閥連通，互為備用。

檢修排水采用集水井排水方式，設(shè)置兩臺(tái)立式離心泵，一主一備。排水泵額定流量320m3/s，額定揚(yáng)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(shè)置兩臺(tái)立式離心泵，一主一備。排水泵額定流量320m3/s，額定揚(yáng)程25m。排水泵安裝于蝶閥層EL.1822.60m，滲漏集水井頂板上。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘觀察減壓閥經(jīng)多年運(yùn)行減壓效果差，導(dǎo)致閥后水壓不穩(wěn)定；供水管路上的閥門大多因老化操作困難，密封不嚴(yán)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，危及安全運(yùn)行。滲漏排水和檢修排水，底閥漏水嚴(yán)重，檢修頻繁，排水泵都安裝在蝶閥層，蝶閥層設(shè)備擁擠，地板濕滑，管路設(shè)備銹蝕嚴(yán)重，運(yùn)行環(huán)境較差。（見圖4）

5 水輪機(jī)部分改造的必要性

（1）水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)投入運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，磨蝕嚴(yán)重，導(dǎo)葉漏水量大，根據(jù)《SL193 小型水電站技術(shù)改造規(guī)程》，水輪機(jī)流通部件磨蝕嚴(yán)重，不能保證安全運(yùn)行的，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

（2）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片變形嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)多次補(bǔ)焊，不能保證安全運(yùn)行。根據(jù)《SL193 小型水電站技術(shù)改造規(guī)程》，水輪機(jī)設(shè)備陳舊，性能落后，應(yīng)更換新型轉(zhuǎn)輪，提高水輪機(jī)運(yùn)行效率。

（3）泄水錐線性落后，氣蝕嚴(yán)重，根據(jù)《SL193 小型水電站技術(shù)改造規(guī)程》，水輪機(jī)設(shè)備陳舊，性能落后，應(yīng)改進(jìn)流通部件型線與結(jié)構(gòu)，提高水輪機(jī)運(yùn)行效率。

（4）水導(dǎo)冷卻器運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，冷卻效果差，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

6 供排水系統(tǒng)改造的必要性

（1）廠內(nèi)集水井排水泵轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴(yán)重，底閥維護(hù)工作量大。根據(jù)《SL193 小型水電站技術(shù)改造規(guī)程》要求，設(shè)備配置不合理，效率低，能耗大，老化嚴(yán)重，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

（2）減壓閥閥后壓力不穩(wěn)，易出故障，根據(jù)《SL193 小型水電站技術(shù)改造規(guī)程》要求，事故率高，不能保證安全運(yùn)行的設(shè)備應(yīng)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

7 蝶閥及其控制系統(tǒng)改造的必要性

進(jìn)水蝶閥密封老化，漏水量大，根據(jù)《SL193 小型水電站技術(shù)改造規(guī)程》的要求，進(jìn)水閥漏水量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值時(shí)，應(yīng)改進(jìn)進(jìn)水閥的密封形式或更滑新型進(jìn)水閥，改造后水輪機(jī)進(jìn)水閥的漏水量不超過(guò)GB/T14478 《大中型水輪機(jī)進(jìn)水閥門基本技術(shù)條件》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

8 水機(jī)部分

8.1 水輪機(jī)的改造

（1）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪整體更換。針對(duì)水輪機(jī)葉片和轉(zhuǎn)輪體磨蝕嚴(yán)重的現(xiàn)狀，進(jìn)行補(bǔ)焊已經(jīng)不能解決問(wèn)題，考慮整體更換轉(zhuǎn)輪。電站原用轉(zhuǎn)輪型號(hào)HLD126-LJ-145，本次改造更換為同型號(hào)的新轉(zhuǎn)輪，材質(zhì)選用整體不銹鋼。電站于2012年已對(duì)1#和3#機(jī)組的轉(zhuǎn)輪改造完畢，因此本次僅更換2#和4#機(jī)組的轉(zhuǎn)輪。

（2）水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)局部進(jìn)行修復(fù)和改進(jìn)?？刂骗h(huán)與頂蓋位置抗磨板等關(guān)鍵位置應(yīng)選擇更好的抗磨材料。

（3）對(duì)水輪機(jī)泄水錐設(shè)計(jì)線性作優(yōu)化和改進(jìn)，更換泄水錐。優(yōu)化后的泄水錐應(yīng)減小高壓脈動(dòng)區(qū)域和幅值，有效減少尾水管的脈動(dòng)壓力。電站于2010年已對(duì)3#機(jī)組的轉(zhuǎn)輪改造完畢，因此本次更換1#、2#和4#機(jī)組的泄水錐。

（4）更換水導(dǎo)冷卻器。

（5）增加純機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置，使機(jī)組運(yùn)行更加安全可靠。為提高機(jī)組運(yùn)行的安全性，此次改造增加純機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置。安裝部位考慮在主軸靠近水導(dǎo)軸承附近。純機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置為電站提供最后一道保護(hù)，可靠性高，為電站實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人值守”的自動(dòng)化運(yùn)行打下基礎(chǔ)。

（6）增加機(jī)組振動(dòng)擺度測(cè)量分析系統(tǒng)，使機(jī)組運(yùn)行更加安全可靠。每臺(tái)機(jī)組配置1套振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)機(jī)組的振動(dòng)、擺度等信號(hào)。為機(jī)組安全運(yùn)行、檢修維護(hù)提供可靠數(shù)據(jù)，提高電站發(fā)電設(shè)備運(yùn)行水平。振動(dòng)測(cè)點(diǎn)：分別在上機(jī)架、下機(jī)架和頂蓋處，各設(shè)置2個(gè)水平振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，2個(gè)測(cè)點(diǎn)互成90°；在上機(jī)架、下機(jī)架和頂蓋處，各設(shè)置1個(gè)垂直振動(dòng)測(cè)點(diǎn)。擺度測(cè)點(diǎn)：分別在機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承的徑向設(shè)置互成90°的2個(gè)測(cè)點(diǎn)，3組測(cè)點(diǎn)方位應(yīng)相同。

8.2 水輪發(fā)電機(jī)的改造

（1）更換發(fā)電機(jī)空冷器，上導(dǎo)空冷器和下導(dǎo)空冷器。

（2）更換機(jī)組制動(dòng)器，制動(dòng)器更換為油氣分離三腔式制動(dòng)器。

（3）更換轉(zhuǎn)子引出線。

8.3 進(jìn)水閥及其油壓裝置的改造

根據(jù)電站實(shí)際情況，電站由一根引水總管分為4根支管引至機(jī)組。電站11月份至此年6月份是發(fā)電高峰期，其余時(shí)間進(jìn)行蓄水，蓄水期間一般發(fā)1～2臺(tái)機(jī)組；4臺(tái)機(jī)組同時(shí)不運(yùn)行的情況一般在對(duì)壓力隧洞進(jìn)行檢修期間，這時(shí)需要機(jī)組全部停機(jī)，但通常檢修時(shí)間也只安排幾天。若此次整體更換，必須關(guān)閉總管前閘門，每臺(tái)進(jìn)水蝶閥更換所需時(shí)間按20天到1個(gè)月考慮，則更換4臺(tái)進(jìn)水蝶閥將耗時(shí)近4個(gè)月，電站不具備這么長(zhǎng)的時(shí)間更換蝶閥，如果停機(jī)4個(gè)月，將給電站的生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。

考慮到進(jìn)水蝶閥本體無(wú)明顯損傷，此次改造保留進(jìn)水蝶閥本體。

原進(jìn)水蝶閥采用雙密封形式，為改善進(jìn)水閥密封的漏水現(xiàn)象，更換工作密封，密封材料采用優(yōu)質(zhì)耐磨耐油耐老化的高強(qiáng)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(jīng)計(jì)算，閥軸軸承承載的應(yīng)力約42.1MPa，軸許用應(yīng)力120Mpa，滿足使用要求，能長(zhǎng)期安全的運(yùn)行。二、地腳螺栓承受應(yīng)力增加，經(jīng)計(jì)算，在工作壓力4.0Mpa時(shí)，￠380接力器對(duì)基礎(chǔ)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(yīng)力68Mpa，滿足使用要求。三、復(fù)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。