高海拔水電站水力機(jī)械專業(yè)設(shè)計(jì)若干經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

【摘要】本文從設(shè)計(jì)角度，對(duì)西藏藏木水電站在電站在建設(shè)期間或投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)的與高海拔相關(guān)的問題進(jìn)行總結(jié)。通過總結(jié)，可為其它高海拔電站的設(shè)計(jì)在一些細(xì)節(jié)上提供參考。

【關(guān)鍵詞】高海拔；水力機(jī)械；經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

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(tái)機(jī)于2014年11月投產(chǎn)發(fā)電。藏木水電站設(shè)有6臺(tái)混流式機(jī)組，總裝機(jī)51萬kW。目前，6臺(tái)機(jī)組均已投產(chǎn)發(fā)電，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

藏木水電站工程有較多亮點(diǎn)，在設(shè)計(jì)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?cè)诳吹匠煽?jī)的同時(shí)，更應(yīng)對(duì)美中不足之處加以總結(jié)，以便后續(xù)電站設(shè)計(jì)盡量避免設(shè)不足之處。藏木水電站設(shè)計(jì)過程中要克服一個(gè)顯著特點(diǎn)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(jī)電設(shè)備會(huì)出現(xiàn)焊接質(zhì)量變差、電機(jī)效率下降、電氣絕緣性能變差、設(shè)備散熱不充分等問題。本文從高海拔角度，對(duì)設(shè)計(jì)院水力機(jī)械專業(yè)設(shè)計(jì)的若干經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

2、水力機(jī)械設(shè)備選型若干經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1） 結(jié)構(gòu)連接件盡量減少高海拔地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量

西藏高海拔地區(qū)由于空氣稀薄，部件的人工焊接質(zhì)量相對(duì)內(nèi)地更難以保證。因此，機(jī)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(jī)組的分辨定子機(jī)座、分辨轉(zhuǎn)子支架及上下機(jī)架支臂采用了現(xiàn)場(chǎng)螺栓把合的結(jié)構(gòu)，裝配后的設(shè)備質(zhì)量得到了較好保證。

（2） 高寒地區(qū)電站尾水閘墩出口處的排水管宜向下設(shè)置一定坡度

藏木電站地處西藏高海拔寒冷地區(qū)，極端最低氣溫可達(dá)-16.6℃，為防止尾水閘墩出口處的排水管在冬季出現(xiàn)結(jié)冰封堵情況，水力機(jī)械專業(yè)將尾水閘墩內(nèi)垂直埋管盡量遠(yuǎn)離混凝土面（防凍厚度外），出口的水平埋管設(shè)計(jì)成斜下形式。滲漏及檢修排水泵停泵時(shí)，水平管段內(nèi)的存水可自流至尾水中不會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)，垂直段存水由于距離混凝土面距離較遠(yuǎn)也不會(huì)凍結(jié)。

（3） 高寒地區(qū)電站檢修排水泵出口可設(shè)置管路排空閥

除出口管路向下傾斜設(shè)計(jì)外，藏木電站在檢修排水泵出口也設(shè)置有排空閥。由于機(jī)組檢修排水泵僅在機(jī)組檢修排水時(shí)啟動(dòng)，為防止排水管內(nèi)存水結(jié)冰封堵現(xiàn)象，水力機(jī)械專業(yè)在檢修排水泵出口管路的底部設(shè)置了一只DN25mm排空用球閥，該閥平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)機(jī)組完成檢修時(shí)，打開該排空用球閥，將排水管內(nèi)的存水排空，以防止下臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)出現(xiàn)排水管內(nèi)存水結(jié)冰，無法使用的情況。

（4） 高海拔機(jī)組的油槽設(shè)計(jì)應(yīng)避免出現(xiàn)內(nèi)擋油環(huán)側(cè)真空

藏木1#機(jī)組調(diào)試期間，開機(jī)前測(cè)得下導(dǎo)油槽油位為90mm（油位尺讀數(shù)，不是距油槽底部高度），開機(jī)3h后油位降至34.4mm，并且機(jī)坑內(nèi)下導(dǎo)以下端面伴有甩油現(xiàn)象，經(jīng)檢查確認(rèn)為下導(dǎo)內(nèi)檔油環(huán)處甩油，并且機(jī)組運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)油位越低、甩油越嚴(yán)重。經(jīng)停機(jī)檢查，并未發(fā)現(xiàn)檔油環(huán)出現(xiàn)問題，且停機(jī)時(shí)間超過1h后油槽內(nèi)油位自動(dòng)恢復(fù)至啟機(jī)前的靜止油位。經(jīng)分析，原因?yàn)闄C(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)油槽內(nèi)側(cè)形成負(fù)壓，潤(rùn)滑油被吸入油擋環(huán)內(nèi)圈，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間增加，油槽內(nèi)負(fù)壓越大、導(dǎo)瓦內(nèi)側(cè)油位越高、外側(cè)油位越低；機(jī)組停機(jī)后，由于油槽內(nèi)的真空被破壞，油位由油槽內(nèi)側(cè)自流回外側(cè)，油位又恢復(fù)正常。

現(xiàn)場(chǎng)處理方法為在下導(dǎo)油槽頂部開設(shè)12個(gè)孔并裝設(shè)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(duì)此情況，在以后西藏高海拔低氣壓地區(qū)機(jī)組采購過程中，應(yīng)考慮因當(dāng)?shù)貧鈮旱洼^易出現(xiàn)油槽內(nèi)側(cè)真空的可能性，強(qiáng)調(diào)在機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)予以重視，避免出現(xiàn)類似情況。

（5） 高海拔機(jī)組集電環(huán)與碳刷的結(jié)構(gòu)與布置應(yīng)考慮空氣稀薄不利散熱的影響

1#～3#機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)碳刷溫度過高，特別是3#機(jī)組達(dá)到近100℃，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)主要原因是由于發(fā)電機(jī)碳刷與集電環(huán)布置于封閉式結(jié)構(gòu)中。制造廠將碳刷與集電環(huán)設(shè)計(jì)在密閉結(jié)構(gòu)中原本是為了用吸塵器吸出碳刷與集電環(huán)摩擦產(chǎn)生的粉塵，但由此也帶來了摩擦產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)有效散出的問題。因此，對(duì)于以后的西藏高海拔電站機(jī)組而言，應(yīng)考慮空氣稀薄的實(shí)際情況，集電環(huán)與碳刷的外部結(jié)構(gòu)與布置應(yīng)考慮更利于散熱的形式。

（6） 高海拔水泵選型應(yīng)考慮考慮空氣稀薄不利散熱的影響

藏木機(jī)組的循環(huán)供水泵采用長(zhǎng)軸深井泵，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置2臺(tái)，一主一備、主備定期切換。機(jī)組投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)：主備水泵按照控制流程設(shè)定的12h切換一次情況下，水泵電機(jī)軸瓦的溫度偏高，最高時(shí)達(dá)110℃。為此，電廠運(yùn)行人員將主備水泵的切換時(shí)間調(diào)整為6h，水泵電機(jī)軸瓦的最高溫度也降低至100℃以內(nèi)。

針對(duì)高海拔大容量電機(jī)的長(zhǎng)軸泵，選型時(shí)應(yīng)注意以下原則：（1）盡可能選用電機(jī)置于水下的潛水深井泵，電機(jī)可以通過井內(nèi)積水冷卻；（2）若采用常規(guī)空冷式長(zhǎng)軸深井泵，必須考慮設(shè)置主備水泵切換，在招標(biāo)階段除提出高海拔空氣稀薄對(duì)電機(jī)散熱可能產(chǎn)生的影響外，還應(yīng)請(qǐng)制造廠提高電機(jī)附屬設(shè)備如軸瓦等的散熱能力。

（7） 西藏地區(qū)機(jī)組的透平油牌號(hào)選擇應(yīng)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(jī)組使用L-TSA46#汽輪機(jī)油的粘度較大，運(yùn)行中容易造成油系統(tǒng)濾芯堵塞。因此，后續(xù)西藏項(xiàng)目或寒冷地區(qū)的水輪發(fā)電機(jī)組用透平油可以考慮使用粘度相對(duì)較低的L-TSA32#汽輪機(jī)油（透平油牌號(hào)即為40℃下的中間點(diǎn)運(yùn)動(dòng)粘度值（mm2/s）），并在機(jī)組招標(biāo)文件時(shí)就予以明確。

3、結(jié)論

如今，藏木電站已建設(shè)完畢，但西藏尚有其它水電工程正在或即將開發(fā)。對(duì)藏木工程在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行過程中的相關(guān)問題進(jìn)行總結(jié)，有利于其它工程對(duì)此進(jìn)行借鑒，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以建設(shè)更加出色的優(yōu)質(zhì)工程。