沙河抽水蓄能電站滲漏水泵運(yùn)行分析

李 濤，潘 鈺

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213333）

1 概況

沙河抽水蓄能電站（簡(jiǎn)稱沙河電站）位于江蘇省溧陽(yáng)市天目湖旅游度假區(qū)，裝機(jī)容量為2×50 MW，在系統(tǒng)中的主要作用為調(diào)峰、調(diào)頻和緊急事故備用，采用法國(guó)ALSTOM公司制造的立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)，發(fā)電機(jī)為三相立軸懸式空氣冷卻同步可逆式發(fā)電電動(dòng)機(jī)。設(shè)計(jì)年發(fā)電量1.82億kW·h，年抽水用電2.44億kW·h。

為了保證廠房各部分滲漏水的排放，沙河電站在廠房集水井內(nèi)設(shè)置了3臺(tái)滲漏水泵（潛水泵），具體參數(shù)詳見(jiàn)表1，其中1號(hào)、2號(hào)滲漏水泵共用1根出水管，3號(hào)滲漏水泵單獨(dú)使用1根出水管將水排至廠房東側(cè)的排水溝內(nèi)。

表1 沙河電站滲漏水泵參數(shù)表

1.1 滲漏水泵控制功能

（1）3臺(tái)滲漏水泵獨(dú)立電源供電，分別設(shè)有電源空氣開(kāi)關(guān)。

（2）3臺(tái)滲漏水泵各有“自動(dòng)”“手動(dòng)”“停止”3種運(yùn)行方式，在自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，水泵自動(dòng)輪換主、備用。

（3）PLC工作電源取自1號(hào)、2號(hào)滲漏水泵操作電源，能自動(dòng)切換。由PLC根據(jù)集水井的水位控制各臺(tái)水泵工作狀態(tài)，通過(guò)RS485串接口向3LCU傳送所有信息，但也保留幾個(gè)重要信息同時(shí)向3LCU送開(kāi)關(guān)量。

（4）浮球液位控制器和液位變送器構(gòu)成雙重監(jiān)視，保證集水井的正常水位。

（5）電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)器，保證滲漏水泵的啟動(dòng)穩(wěn)定和廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定。

1.2 控制水位介紹

滲漏水泵工作泵啟動(dòng)水位為：-13.5 m高程；滲漏水泵備用泵啟動(dòng)并報(bào)警水位為：-13.00 m高程；滲漏集水井高水位報(bào)警：-12.50 m高程；滲漏水泵停泵水位為：-16.00 m高程。

1.3 集水井布置及來(lái)水情況

沙河電站集水井布置見(jiàn)圖1和圖2，集水井底板高程-18.00 m，泵坑底高程-20.00 m，蝸殼層地面高程-11.5 m。集水井底面積27 m2，寬2.7 m?？?cè)莘e：180 m3，其中泵坑容積9 m3。

圖1 滲漏集水井布置圖

圖2 滲漏集水井平面圖

滲漏集水井有以下來(lái)水：

（1）從▽-11.88 m高程排水溝（500 mm×300 mm）直接排入的水。

（2）從▽-12.50 m高程1號(hào)、2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)輪室回水排氣管（DN125）排入的水。

（3）從▽-12.726 m高程排水溝（500 mm×300 mm）排水管（DN200）排入的水。

（4）從▽-13.00 m高程技術(shù)供水濾水器排污總管排入的水。

2 沙河電站滲漏水泵運(yùn)行情況

（1）2016年1月～4月，滲漏水泵啟動(dòng)次數(shù)均保持在日14次以上。

（2）2016年4月12日～24日，1號(hào)機(jī)組在C級(jí)檢修中進(jìn)行了中軸套漏水處理、異音檢查處理，5月又對(duì)1號(hào)滲漏水泵進(jìn)行了更新（1號(hào)泵電機(jī)2016年3月燒損），2016年6月，滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)下降至13次以下。

（3）在2017年5月5日～27日的1號(hào)機(jī)B修期間，對(duì)1號(hào)機(jī)導(dǎo)葉中軸套密封進(jìn)行了更換。2017年6月，滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)從檢修前的12次降至8.6次；2017年6月至2018年6月，日均啟動(dòng)次數(shù)一直保持在個(gè)位數(shù)。

（4）2018年7月，滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)超過(guò)10次，隨后日均啟動(dòng)次數(shù)開(kāi)始逐步上升。

（5）2018年12月，滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)超過(guò)11次，隨后2018年12月至2019年11月，日均啟動(dòng)次數(shù)一直在11～12次區(qū)間內(nèi)。

（6）2019年12月，滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)超過(guò)12次，隨后啟動(dòng)次數(shù)增加趨勢(shì)加快。

（7）2020年1月，滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)超過(guò)13次；2020年2月，日均啟動(dòng)次數(shù)超過(guò)14次；2020年7月，日均啟動(dòng)次數(shù)超過(guò)15次；2020年9月，日均啟動(dòng)次數(shù)超過(guò)16次。

（8）2021年1號(hào)機(jī)A修前，日均啟動(dòng)次數(shù)從9次到10次共經(jīng)歷了10個(gè)月（2017.10～2018.07），10次到11次經(jīng)歷了6個(gè)月（2018.07～2018.12），11次到12次經(jīng)歷了13個(gè)月（2018.12～2019.12），12次到13次經(jīng)歷了1個(gè)月（2019.12～2020.01），13次到14次經(jīng)歷了1個(gè)月（2020.01～2020.02），14次到15次經(jīng)歷了6個(gè)月(2020.02～2020.07)，之后日均啟動(dòng)次數(shù)均為15～16次之間（2020.07～2021.02），從圖3可以看出，滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)增加的速率逐漸變快。

圖3 滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)增加速率圖

（9）2021年3月16日至6月6日1號(hào)機(jī)進(jìn)行了A級(jí)檢修，過(guò)程中對(duì)1號(hào)機(jī)導(dǎo)葉進(jìn)行了打磨處理，導(dǎo)葉軸套進(jìn)行了更換。2021年6月，滲漏排水泵日均啟動(dòng)次數(shù)由檢修前的16次左右降至檢修后的8次左右，修后3個(gè)月每月的日均啟動(dòng)次數(shù)為7次左右。

圖4 2016年～2021年滲漏排水泵年平均啟動(dòng)次數(shù)曲線

3 滲漏水泵運(yùn)行情況分析

3.1 3臺(tái)滲漏水泵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)變化情況

通過(guò)圖5對(duì)2019年6月至2021年1月期間3臺(tái)滲漏水泵單次運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行分析比較，可以發(fā)現(xiàn)3臺(tái)水泵在這期間的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)均有了不同程度的增加，通過(guò)圖5的曲線可以發(fā)現(xiàn)，3臺(tái)水泵的時(shí)長(zhǎng)增長(zhǎng)趨勢(shì)比較一致，均呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。將2021年1月和2019年6月的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)1號(hào)泵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)增加了32.66%，2號(hào)泵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)增加了34.54%，3號(hào)泵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)增加了31.87%，3臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的增加趨勢(shì)比較一致，從這一點(diǎn)也可以看出3臺(tái)水泵的運(yùn)行效率情況沒(méi)有出現(xiàn)特別大的變化，運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)增加的主要原因還是集水井進(jìn)水量的增加。

圖5 3臺(tái)滲漏水泵平均運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)變化趨勢(shì)（2019.6～2021.1）

3.2 集水井進(jìn)水量估算

（1）根據(jù)集水井圖紙相關(guān)參數(shù)計(jì)算，集水井底面積27 m2，每次抽水的高程為2.5 m（-13.5 m高程啟動(dòng)，-16.00 m高程停泵），不考慮排水泵抽水過(guò)程中匯入集水井的滲漏水，則每次水泵運(yùn)行抽水體積約為27×2.5=67.5 m3；2017年6月平均每天啟泵8.6次，每天抽水為8.6×67.5=580.5 m3，即每天廠房的滲漏水量大約在580.5 m3；2020年9月平均每天啟泵16.3次，每天抽水16.3×67.5=1 100 m3，即每天廠房的滲漏水量大約在1 100 m3。由于滲漏水泵抽水過(guò)程中仍有水流向集水井，因此每次抽水的體積將大于67.5 m3，需要加一個(gè)修正系數(shù)，即：2017年6月平均每天實(shí)際抽水為580.5×（24+3.51）/24=665 m3，2020年9月平均每天實(shí)際抽水為1 100.25×（24+8.58）/24=1 494 m3。2020年9月與2017年6月相比較，廠房滲漏水每天增加了約829 m3，增長(zhǎng)率124.5%。

（2）經(jīng)統(tǒng)計(jì)，3號(hào)滲漏水泵運(yùn)行時(shí)間約占27.5%，1號(hào)、2號(hào)滲漏水泵運(yùn)行時(shí)間約占72.5%。2017年6月日均排水量約為3.51×0.725×150+3.51×0.275 ×230=604 m3；2020年9月滲漏水泵日均運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為8.58 h，日均排水量約為8.58×0.725×150+8.58 ×0.275×230=1 476 m3。2020年9月 與2017年6月相比較，廠房滲漏排水量每天增加了約872 m3，增長(zhǎng)率144.4%。

通過(guò)上述兩種估算方法，可以看出滲漏水量基本一致。

4 滲漏水泵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)變化原因分析

綜上所述，近年來(lái)3臺(tái)滲漏水泵運(yùn)行均正常，運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)增長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致，未見(jiàn)由于明顯的效率下降而導(dǎo)致其啟動(dòng)次數(shù)的遞增；滲漏水泵啟動(dòng)次數(shù)的增加主要原因是廠房各處滲漏水逐年加大，特別是2021年擴(kuò)大性A修前，機(jī)組各過(guò)流部件（尤其是1號(hào)機(jī)導(dǎo)葉軸套）伴隨著運(yùn)行年限的增加，密封逐漸老化，漏水量逐步增加。

特別需要注意的是2015年1月8日1號(hào)機(jī)水車室出現(xiàn)異音，組織相關(guān)人員檢查后初步分析疑為4號(hào)導(dǎo)葉軸套密封不嚴(yán)密漏氣所致；2016年4月12日～24日，1號(hào)機(jī)C修過(guò)程中，曾對(duì)中軸套進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)部分導(dǎo)葉中軸套有漏水現(xiàn)象，但由于檢修時(shí)間不夠的原因，未能全面處理工作密封，此次檢查處理后滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)有了一定的下降（見(jiàn)表2）。

表2 2016年4月檢修前后滲漏水泵啟動(dòng)次數(shù)對(duì)比表

2017年5月1號(hào)機(jī)B修期間，對(duì)1號(hào)機(jī)導(dǎo)葉中軸套密封進(jìn)行過(guò)一次專項(xiàng)處理（更換了工作密封），通過(guò)檢修前后滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的比較，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)導(dǎo)葉中軸套工作密封進(jìn)行更換后，效果非常明顯，滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)從檢修前的約12次降至9次左右（見(jiàn)表3）。

表3 2017年5月檢修前后滲漏水泵啟動(dòng)次數(shù)對(duì)比表

由于近兩年的檢修不具備對(duì)導(dǎo)葉軸套進(jìn)行詳細(xì)檢查和徹底處理的條件，所以均未專門針對(duì)導(dǎo)葉中軸套進(jìn)行處理。隨著1號(hào)機(jī)的持續(xù)運(yùn)行，2017年5月處理過(guò)后的工作密封逐漸老化，1號(hào)機(jī)組水車室異音現(xiàn)象一直存在，滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)也逐步攀升至日均16次。

2021年3月16日～6月7日，1號(hào)機(jī)擴(kuò)大性A修期間對(duì)1號(hào)機(jī)導(dǎo)葉進(jìn)行了打磨處理，導(dǎo)葉軸套進(jìn)行了更換?？梢园l(fā)現(xiàn)處理后效果非常明顯，滲漏排水泵日均啟動(dòng)次數(shù)由檢修前的16次左右降至檢修后的8次左右（見(jiàn)表4）。

表4 2021年擴(kuò)大性A修前后滲漏水泵啟動(dòng)次數(shù)對(duì)比表

5 保障設(shè)備系統(tǒng)安全運(yùn)行建議

從近幾年滲漏水泵每日啟停次數(shù)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合近年來(lái)的設(shè)備狀況，特別是1號(hào)機(jī)水車室異音出現(xiàn)的時(shí)間和滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)增加的時(shí)間有重合現(xiàn)象，2016年4月和2017年5月兩次對(duì)1號(hào)機(jī)導(dǎo)葉中軸套進(jìn)行處理后，滲漏水泵的日均啟動(dòng)次數(shù)均出現(xiàn)了明顯下降，可以初步判斷由于1號(hào)機(jī)導(dǎo)葉中軸套漏水量增加導(dǎo)致滲漏集水井進(jìn)水量增大，是導(dǎo)致滲漏水泵日均啟動(dòng)次數(shù)逐年遞增的主要原因。2021年擴(kuò)大性A修過(guò)程中對(duì)1號(hào)機(jī)導(dǎo)葉軸套更換之后，滲漏水泵的啟動(dòng)次數(shù)明顯下降，可證明判斷的正確性。針對(duì)目前存在的問(wèn)題和設(shè)備狀況，建議從以下兩個(gè)方面改進(jìn)。

（1）對(duì)3臺(tái)滲漏水泵出水管路加裝流量裝置，并將相關(guān)參數(shù)接入上位機(jī)，方便運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可以強(qiáng)化對(duì)于整個(gè)廠房滲漏水量的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，確保水泵始終運(yùn)行在最佳工況，也利于在水泵出現(xiàn)效率下降情況時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理。

（2）機(jī)組檢修期間，對(duì)排至集水井的各路滲漏水管路進(jìn)行梳理，具備條件的管路可以考慮加裝流量裝置，并將相關(guān)參數(shù)接入上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)廠房滲漏水的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異?，F(xiàn)象，確保消除事故于萌芽狀態(tài)。