大藤峽水利樞紐工程機(jī)組建設(shè)運(yùn)行實(shí)踐

羅紅云，周精明，任 鵬，陳曉彬

（廣西大藤峽水利樞紐開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，530200，南寧）

大藤峽水利樞紐工程（以下簡(jiǎn)稱大藤峽工程）是紅水河十個(gè)水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最后一級(jí)，被喻為珠江上的“三峽工程”。工程總裝機(jī)容量1600 MW，分左右岸兩期建設(shè)，其中左岸廠房布置3臺(tái)機(jī)組，右岸廠房布置5臺(tái)機(jī)組，均配備國(guó)內(nèi)最大的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量200 MW，推力負(fù)荷3800 t，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積巨大、零部件眾多，技術(shù)指標(biāo)位居國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組首位。

基于大藤峽工程機(jī)組建設(shè)運(yùn)行實(shí)踐，詳細(xì)介紹了大藤峽工程軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，系統(tǒng)闡述了大藤峽工程高標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)機(jī)組研制、高質(zhì)量融入機(jī)組安裝、高要求保障機(jī)組運(yùn)行等方面的創(chuàng)新做法，總結(jié)了大藤峽工程機(jī)組安全高效穩(wěn)定運(yùn)行的主要成效，為后續(xù)水利工程建設(shè)運(yùn)行提供參考借鑒。

一、大藤峽工程軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

大藤峽工程8臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組出力、水頭變幅、轉(zhuǎn)輪直徑、推力負(fù)荷均為國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組最大。水輪機(jī)型號(hào)為ZZ-LH-1040，轉(zhuǎn)輪直徑10.4 m，額定出力204.1 MW，最大出力233.3 MW，額定水頭25.0 m，最大水頭37.79 m，最小水頭12.91 m，額定流量890.34 m3/s，額定轉(zhuǎn)速68.2 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速195.11 r/min；發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF200-88/17200，額定容量228.6 MVA，額定電壓15.75 kV，額定電流8378.8 A，額定頻率50 Hz，額定功率因數(shù)0.875，定子鐵心外徑17.2 m，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)量為88個(gè)。

1.水輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

水輪機(jī)為立式軸流轉(zhuǎn)槳式，采用混凝土蝸殼、彎肘形尾水管結(jié)構(gòu)。水導(dǎo)軸承采用稀油潤(rùn)滑自循環(huán)、內(nèi)冷卻方式，軸瓦為分塊巴氏合金瓦；主軸密封采用恒壓自調(diào)節(jié)浮動(dòng)式端面密封方式；活動(dòng)導(dǎo)葉28個(gè)，轉(zhuǎn)輪槳葉6個(gè)，調(diào)節(jié)方式為導(dǎo)葉、槳葉協(xié)聯(lián)雙重調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組長(zhǎng)期在高效率區(qū)間運(yùn)行；配置兩套獨(dú)立的導(dǎo)葉、槳葉控制及液壓執(zhí)行系統(tǒng)，液壓執(zhí)行系統(tǒng)采用高壓透平油操作，額定油壓6.3 MPa；受油器采用浮動(dòng)瓦結(jié)構(gòu)，可將高壓透平油經(jīng)由大軸內(nèi)部操作油管輸送至轉(zhuǎn)輪內(nèi)部，以實(shí)現(xiàn)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)。水輪機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 水輪機(jī)結(jié)構(gòu)

2.發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

發(fā)電機(jī)為立軸半傘、密閉自循環(huán)空氣冷卻式，采用上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、推力軸承分體布置結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)定子為雙層條式波繞組，定子繞組槽數(shù)為924槽，每相采用4個(gè)支路Y形連接；導(dǎo)軸承為油浸式內(nèi)循環(huán)冷卻方式，上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承均設(shè)置12塊分塊式軸承瓦；推力軸承布置在轉(zhuǎn)子下方、下機(jī)架中心體上方，與下導(dǎo)軸承采用分體結(jié)構(gòu)，采用小支柱簇支撐；推力軸承共有24 塊巴氏合金瓦，由薄瓦和厚瓦組成，薄瓦通過(guò)一些不同直徑、不同彈性的垂直銷釘支撐在厚瓦上；機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的全部重量及水輪機(jī)的軸向水推力通過(guò)推力軸承、下機(jī)架傳遞至基礎(chǔ)。發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

二、機(jī)組建設(shè)運(yùn)行主要做法及成效

1.機(jī)組研制階段

（1）優(yōu)化水輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

為做好大藤峽工程水輪機(jī)設(shè)計(jì)，在總結(jié)分析歷史上大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，采取經(jīng)典計(jì)算和有限元分析相結(jié)合的方式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行了初步模型試驗(yàn)、同臺(tái)對(duì)比復(fù)核試驗(yàn)以及模型驗(yàn)收試驗(yàn)。2015年5月，制造廠家開(kāi)始進(jìn)行新模型的研發(fā)，開(kāi)發(fā)出適合大藤峽工程的FI076模型轉(zhuǎn)輪；2015年下半年至2016年1月，進(jìn)行初步模型試驗(yàn)；2016年3月至4月，在中國(guó)水利水電科學(xué)研究院進(jìn)行了各水輪機(jī)模型同臺(tái)對(duì)比復(fù)核試驗(yàn)；2016年7月，進(jìn)行模型驗(yàn)收試驗(yàn)。效率試驗(yàn)表明，模型水輪機(jī)最優(yōu)效率達(dá)93.5%，原型水輪機(jī)最優(yōu)效率達(dá)95.67%，原型水輪機(jī)加權(quán)平均效率達(dá)93.68%，性能指標(biāo)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

為做好水輪機(jī)參數(shù)選擇，初步設(shè)計(jì)階段采用多種統(tǒng)計(jì)公式、統(tǒng)計(jì)曲線進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)收集項(xiàng)目資料、征詢水輪機(jī)設(shè)計(jì)制造廠商等方法，確定水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速、單位流量、單位轉(zhuǎn)速等模型參數(shù)；針對(duì)不同單機(jī)容量和左右岸布置不同機(jī)組臺(tái)數(shù)的多個(gè)方案進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。在充分征詢、分析研究和計(jì)算基礎(chǔ)上提出推薦的水輪機(jī)參數(shù)。將經(jīng)過(guò)水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)核定的真機(jī)參數(shù)與初步設(shè)計(jì)階段推薦參數(shù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，最終確認(rèn)水輪機(jī)參數(shù)選擇合適可行。

（2）改進(jìn)發(fā)電機(jī)推力軸承冷卻系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)推力軸承的性能參數(shù)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行可靠性和效率至關(guān)重要。大藤峽工程發(fā)電機(jī)推力軸承屬于重載、低速，采用內(nèi)循環(huán)冷卻方式和適用于傘式電機(jī)推力軸承且方便檢修的抽屜式冷卻器。油槽內(nèi)油的循環(huán)按照設(shè)定路徑進(jìn)行，以保證冷卻效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)冷卻效果。

設(shè)計(jì)階段采用運(yùn)動(dòng)粒子分析方法，模擬機(jī)組在額定工況運(yùn)行下油流狀態(tài)，考慮LTSA-46潤(rùn)滑油黏性參數(shù)，旋轉(zhuǎn)部件與潤(rùn)滑油接觸區(qū)域?yàn)轲?，仿真分析?rùn)滑油在旋轉(zhuǎn)件帶動(dòng)下的流場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)。流場(chǎng)分析表明：冷卻器和推力瓦之間未安裝隔油板時(shí)，會(huì)形成油循環(huán)路徑的短路，進(jìn)油的小部分冷油經(jīng)推力瓦的下邊流向推力瓦的內(nèi)徑，使得推力瓦進(jìn)油中的小部分是冷油，大部分是熱油，造成進(jìn)油溫度和推力瓦溫度的升高。

通過(guò)改進(jìn)推力軸承冷卻系統(tǒng)，在推力瓦與冷卻器之間、冷卻器與冷卻器之間加裝隔油板，在推力瓦間導(dǎo)流板上增設(shè)擋油板（刮油刷），實(shí)現(xiàn)了冷熱油的有效分隔，確保了推力油槽內(nèi)油的循環(huán)能完全按照設(shè)計(jì)路徑進(jìn)行，從而有效降低推力瓦的進(jìn)油溫度，進(jìn)而有效減小鏡板熱油攜帶對(duì)推力瓦溫度的影響，降低推力瓦溫度5～10 K。改進(jìn)后的推力軸承油循環(huán)路徑見(jiàn)圖3。

圖3 改進(jìn)后的推力軸承油循環(huán)路徑

（3）推進(jìn)核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化建設(shè)

機(jī)組核心設(shè)備包括水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，是機(jī)組的重要組成部分。機(jī)組核心控制設(shè)備包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控、調(diào)速器、勵(lì)磁和繼電保護(hù)四大系統(tǒng)，是確保機(jī)組及電網(wǎng)穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)。大藤峽工程水輪機(jī)生產(chǎn)制造廠家為浙富控股集團(tuán)，發(fā)電機(jī)生產(chǎn)制造廠家為哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，計(jì)算機(jī)監(jiān)控、調(diào)速器、繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)制造廠家為南瑞集團(tuán)，勵(lì)磁系統(tǒng)生產(chǎn)制造廠家為廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司。聯(lián)合相關(guān)單位組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，攻克了關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”難題，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組核心設(shè)備100%全國(guó)產(chǎn)化、機(jī)組核心控制設(shè)備95%以上國(guó)產(chǎn)化，設(shè)備安全、自主、可控、在控。

2.機(jī)組安裝階段

（1）高位推動(dòng)，創(chuàng)新建管模式

大藤峽工程機(jī)組安裝工期緊、任務(wù)重，為確保設(shè)備安裝質(zhì)量可靠，堅(jiān)持“建管結(jié)合、無(wú)縫交接”的原則，提前成立由業(yè)主為組長(zhǎng)、參建單位為成員的金屬結(jié)構(gòu)機(jī)電設(shè)備安裝協(xié)調(diào)工作組，高位推進(jìn)金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行等工作。參建各方齊心協(xié)力精心施工，嚴(yán)把關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵線路，協(xié)調(diào)解決設(shè)備制造、運(yùn)輸、安裝難題，圓滿完成了左岸3臺(tái)機(jī)組“百日三投”、右岸5臺(tái)機(jī)組“十月五投”的高強(qiáng)度建設(shè)任務(wù)。

（2）關(guān)口前移，嚴(yán)控機(jī)組安裝質(zhì)量

創(chuàng)新工作方法，安排技術(shù)骨干赴設(shè)備廠家，聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)6次，出廠驗(yàn)收500余人次，從源頭消除設(shè)備質(zhì)量隱患。積極融入調(diào)試隊(duì)伍，參與設(shè)備檢查、試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析全過(guò)程，提出技術(shù)優(yōu)化建議150余條，及時(shí)有效地反饋并解決調(diào)試過(guò)程中的各項(xiàng)問(wèn)題。積極引進(jìn)第三方質(zhì)量監(jiān)督檢查機(jī)制，根據(jù)專家組提出的意見(jiàn)和建議，完成問(wèn)題整改90余項(xiàng)，大力推動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)質(zhì)量監(jiān)督等并網(wǎng)工作。

（3）緊盯現(xiàn)場(chǎng)，著力打造精品機(jī)組

現(xiàn)場(chǎng)組織召開(kāi)機(jī)電安裝協(xié)調(diào)會(huì)600 余次，有效解決各類問(wèn)題1000 余項(xiàng)。水輪機(jī)安裝的部件關(guān)鍵尺寸準(zhǔn)確率、合同設(shè)備及部件出廠合格率、優(yōu)等品率、合同履約率均為100%，機(jī)組盤車過(guò)程中水導(dǎo)軸承絕對(duì)擺度不超過(guò)0.15 mm，其中6號(hào)機(jī)組水導(dǎo)軸承絕對(duì)擺度僅為0.04 mm；發(fā)電機(jī)定子鐵心安裝在行業(yè)規(guī)定的3次預(yù)壓基礎(chǔ)上，增加1 次預(yù)壓，使疊壓系數(shù)達(dá)到0.97，超過(guò)國(guó)標(biāo)要求的0.96；發(fā)電機(jī)定子圓度控制在國(guó)標(biāo)4%、合同標(biāo)準(zhǔn)3%的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場(chǎng)安裝按照2%的高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，最終將圓度嚴(yán)格控制在0.46 mm之內(nèi)；定子、轉(zhuǎn)子控制間隙誤差不超1 mm；水輪機(jī)座環(huán)、轉(zhuǎn)輪室中心及方位安裝規(guī)范允許偏差2 mm，實(shí)測(cè)0.5 mm。

8臺(tái)機(jī)組的振動(dòng)、擺度、軸瓦溫度等性能指標(biāo)均滿足或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，達(dá)到國(guó)家優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。其中3號(hào)、4號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)“零配重”，機(jī)架振動(dòng)幅度控制在0.04 mm，優(yōu)于三峽工程優(yōu)良指標(biāo)。

3.機(jī)組運(yùn)行階段

（1）多措并舉，堅(jiān)守安全底線

全面落實(shí)水利安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控“六項(xiàng)機(jī)制”，大力推行標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、精細(xì)化“三化”管理理念，嚴(yán)格執(zhí)行“兩票三制”（工作票、操作票，交接班制、巡回檢查制、設(shè)備定期試驗(yàn)輪換制）和隱患排查治理，按照“運(yùn)行一日三巡，維護(hù)一周一巡，重要設(shè)備機(jī)動(dòng)巡檢”的方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)備隱患，累計(jì)完成設(shè)備巡檢5936次，執(zhí)行操作票124 904項(xiàng)、工作票4499張；編制安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案、標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行手冊(cè)共百萬(wàn)余字，開(kāi)展各類應(yīng)急演練30余次，不斷加強(qiáng)一線生產(chǎn)人員現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置能力；組織推行常態(tài)化設(shè)備運(yùn)行狀況分析，建立生產(chǎn)早會(huì)、月度分析會(huì)、專題討論會(huì)等機(jī)制，健全設(shè)備全生命周期臺(tái)賬，不斷提升安全生產(chǎn)管控水平。截至目前，大藤峽工程機(jī)組連續(xù)安全運(yùn)行1200余天，保持“零事故、零非停、零誤操作”紀(jì)錄。

（2）精準(zhǔn)調(diào)度，充分利用水資源

近年，珠江上游秋冬季節(jié)來(lái)水偏枯，在確保流域防洪安全、粵港澳大灣區(qū)供水安全和航運(yùn)暢通的前提下，密切關(guān)注上游來(lái)水情況，合理安排機(jī)組運(yùn)行方式，有效提高水能利用率，爭(zhēng)取“多發(fā)電”。夏季上游來(lái)水較多，主動(dòng)同電網(wǎng)調(diào)度部門協(xié)調(diào)，合理申報(bào)負(fù)荷，確保迎峰度夏黃金期機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，爭(zhēng)取“超目標(biāo)發(fā)電”，切實(shí)做到了既精準(zhǔn)利用好每一方防洪庫(kù)容，也盡可能不浪費(fèi)每一方水力資源，實(shí)現(xiàn)防洪調(diào)度與水力發(fā)電等多維調(diào)度的系統(tǒng)耦合，有效緩解廣西電力供應(yīng)緊缺嚴(yán)峻形勢(shì)。截至目前，大藤峽工程機(jī)組歷史累計(jì)發(fā)電量突破122億kWh，經(jīng)測(cè)算相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約500萬(wàn)t，為地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)勁綠色能源。

（3）精益運(yùn)行，扎實(shí)創(chuàng)建金牌機(jī)組

南方電網(wǎng)“金牌機(jī)組”是按照機(jī)組可靠性、非?？刂?、非計(jì)劃降出力管控、電力保供、電煤保障落實(shí)、電網(wǎng)調(diào)度紀(jì)律執(zhí)行、安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等指標(biāo)提升，以及保障社會(huì)用電等方面綜合進(jìn)行考量評(píng)價(jià)的榮譽(yù)稱號(hào)，評(píng)選范圍包括南方電網(wǎng)管轄的南方五?。ㄗ灾螀^(qū)）所有統(tǒng)調(diào)機(jī)組。2022年，大藤峽工程8號(hào)機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良，運(yùn)行小時(shí)數(shù)7545 h，年利用小時(shí)數(shù)6073 h，高于行業(yè)平均水平2倍，年發(fā)電量超12億kWh，首次實(shí)現(xiàn)“機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)高”與“設(shè)備故障率低”的系統(tǒng)耦合，即“全年無(wú)休、全年無(wú)修”目標(biāo)，為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重要作用，順利獲評(píng)南方電網(wǎng)2022年度“金牌機(jī)組”榮譽(yù)稱號(hào)。南方電網(wǎng)2022 年度“金牌機(jī)組”共1000余臺(tái)機(jī)組參評(píng)，共20臺(tái)機(jī)組獲評(píng)，其中水利行業(yè)僅有大藤峽工程8號(hào)機(jī)組獲此殊榮。

（4）多維發(fā)力，打造一流運(yùn)行人才隊(duì)伍

堅(jiān)持“一專多能”人才培養(yǎng)目標(biāo)，以安裝調(diào)試、實(shí)戰(zhàn)演練、技能比武等多形式做好人才隊(duì)伍專業(yè)建設(shè)，成功探索“檢維+ONCALL雙重保障”的運(yùn)維管理新模式；組織建設(shè)技能專業(yè)作訓(xùn)室，著力提升員工的崗位技能和動(dòng)手能力，確保電力生產(chǎn)平穩(wěn)接續(xù)、員工隊(duì)伍持續(xù)穩(wěn)定；強(qiáng)化智慧賦能，推進(jìn)智能巡檢機(jī)器人、智慧庫(kù)房等系統(tǒng)在生產(chǎn)上投入使用，進(jìn)一步解放生產(chǎn)力，提高勞動(dòng)效率；推進(jìn)美麗電廠標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，運(yùn)行區(qū)域?qū)崿F(xiàn)安全分區(qū)、功能分類、設(shè)備定點(diǎn)、可視危險(xiǎn)目標(biāo)；堅(jiān)持科技創(chuàng)新引領(lǐng)，圍繞機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的技術(shù)難題，申報(bào)發(fā)明及實(shí)用新型專利8項(xiàng)，發(fā)表科技論文20余篇，QC小組活動(dòng)成果榮獲2022年水利工程優(yōu)秀質(zhì)量管理小組Ⅰ類、Ⅱ類成果稱號(hào)。

三、結(jié) 語(yǔ)

大藤峽工程在建設(shè)中著力打造精品機(jī)組，在運(yùn)行中實(shí)施精細(xì)管理，實(shí)現(xiàn)了“機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)高”與“設(shè)備故障率低”的系統(tǒng)耦合，即“全年無(wú)休、全年無(wú)修”目標(biāo)，取得了南方電網(wǎng)2022年度“金牌機(jī)組”榮譽(yù)稱號(hào)，客觀反映了機(jī)組安全穩(wěn)定高效運(yùn)行水平，可為后續(xù)水利工程建設(shè)運(yùn)行提供參考借鑒。