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巨型混流式水輪發(fā)電機組檢修排水方式探討

文檔作者：吳洪飛，姚登峰，李延舟文檔來源：向家壩水力發(fā)電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月30日
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第35卷第5期 水電站機電技術(shù)
2012年10月 Mechanical＆Electrical Technique of Hydropower Station
V0I_35 No．5
Oct．2012 21
巨型混流式水輪發(fā)電機組檢修排水方式探討
吳洪飛，姚登峰，李延舟
(向家壩水力發(fā)電廠，四川宜賓644612)
摘要：結(jié)合向家壩水電廠水輪發(fā)電機組引水系統(tǒng)的特點，對巨型混流式水輪發(fā)電機組壓力鋼管的排水方式進行了
探討，并從運行操作的安全角度給出了方式選擇建議。
關(guān)鍵詞：巨型；水輪發(fā)電機組；壓力鋼管；排水
中圖分類號：TK730．8 文獻標識碼：B 文章編號：文章編號：1672—5387(2O12)05—0021—03
1引言 2 向家壩水電廠機組引水系統(tǒng)介紹
在混流式水輪發(fā)電機組檢修時，若水輪機部件
或調(diào)速器有工作，不僅需要落下上游擋水閘門，還需
排除壓力鋼管內(nèi)積水，使蝸殼與下游平壓。巨型混流
式水輪發(fā)電機組的壓力鋼管長度長，內(nèi)徑大，壓力鋼
管內(nèi)積水多。如何安全、快速地排除其內(nèi)部積水，需
要進行不斷的探索。
向家壩水電站共安裝有8臺800 WM的混流式
水輪發(fā)電機組，其中左岸壩后電站為1號～4號機
組，采用一機一壓力鋼管引水方式；右岸地下電站為
5號～8號機組，采用采用一機一引水隧洞引水方
式。向家壩電站機組壓力鋼管(引水隧洞)的參數(shù)如
表1所示。
表1向家壩水電站壓力鋼管(引水隧洞)參數(shù)表
3機組檢修時壓力鋼管排水方式
3．1通過技術(shù)供水系統(tǒng)排水
當(dāng)機組的技術(shù)供水系統(tǒng)采用蝸殼取水方式時，
可以通過技術(shù)供水系統(tǒng)排除壓力鋼管(引水隧洞)內(nèi)
積水。此方式是在機組停機并落下上游擋水閘門后，
打開技術(shù)供水系統(tǒng)的相關(guān)閥門，壓力鋼管(引水隧
洞)內(nèi)積水經(jīng)過蝸殼、通過技術(shù)供水系統(tǒng)管道排至下
游尾水。其典型的水流示意圖見圖1。
如圖1所示，利用水位高度差，壓力鋼管(引水
隧洞)內(nèi)積水通過自流方式，經(jīng)過蝸殼取水口、技術(shù)
供水系統(tǒng)的濾水器、減壓閥、電動閥，最后排至下游
尾水。
向家壩電站技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計額定流量為
2 308 m ，因此壓力鋼管(引水隧洞)從開始排水到
積水排完，需要的時間約為至20 h(8FB)、17．5 h
圖1通過技術(shù)供水管道排水示意圖
收稿Et期：2012—07—19
作者簡介：吳洪~(1980一)，男，工程師，從事水電站運行管理工
作。
萬方數(shù)據(jù)
水電站機電技術(shù) 第35卷
(7FB)、13．0h(6FB)、10．8h(5FB)、7．0h(IFB～4FB)。
通過技術(shù)供水系統(tǒng)排出壓力鋼管(引水隧洞)內(nèi)
積水，操作簡單，風(fēng)險小，但是排水時間長，蝸殼內(nèi)還
會剩余較多的余水，延遲蝸殼排水(開啟蝸殼和尾水
盤型閥經(jīng)檢修集水井排水)的時間。
3．2在停機過程中排水
此方式是先將機組從并網(wǎng)狀態(tài)調(diào)整到空轉(zhuǎn)狀態(tài)
后，先人為啟動機組高壓油減載系統(tǒng)，再人為發(fā)令快
速落下機組上游快速門，在機組停機過程中將壓力
鋼管(引水隧洞)內(nèi)積水經(jīng)過導(dǎo)葉排至下游。在發(fā)快
速門快閉命令前，應(yīng)先屏蔽相應(yīng)事故控制流程，防止
由于陜速門下降到事故位后啟動快速停機流程而過
早關(guān)閉導(dǎo)葉，從而無法將壓力鋼管(引水隧洞)內(nèi)積
水有效排出。在發(fā)令快速落門后應(yīng)密切監(jiān)視機組導(dǎo)
葉開度和轉(zhuǎn)速，在適當(dāng)時機(如轉(zhuǎn)速接近50％額定
轉(zhuǎn)速時)人為按下緊急停機按鈕使機組停機和關(guān)閉
導(dǎo)葉，并應(yīng)根據(jù)情況在適當(dāng)時機手動幫助投入機組
制動風(fēng)閘。
此排水方式利用機組停機過程同時快速落下機
組快速門，排除壓力鋼管(引水隧洞)內(nèi)部積水，速度
很快，但是快速門在動水落門過程中容易在快速門
泵房等處產(chǎn)生負壓，危及設(shè)備安全；此外按緊急停機
按鈕的時機難掌握，對操作人員的要求高，操作風(fēng)險大。
3．3 自動開機方式排水
機組正常停機后，人為操作落下機組上游快速
門并做好防動措施，聯(lián)系相關(guān)維護人員解除快速門
全關(guān)閉鎖開機條件，然后發(fā)令開機至“空轉(zhuǎn)”令，由于
機組快速門在落下狀態(tài)，機組快速停機流程會啟動，
機組又快速停機。在發(fā)令機組空轉(zhuǎn)之前，應(yīng)該先啟動
機組水導(dǎo)泵、液壓系統(tǒng)、高壓油泵等設(shè)備；快速停機
流程啟動后，應(yīng)密切關(guān)注個輔助設(shè)備動作情況，必要
時手動干預(yù)。
如果機組快速停機流程沒有啟動，則要立即手
動啟動停機流程。
如果機組檢修門落下，發(fā)令機組空轉(zhuǎn)后，監(jiān)視機
組轉(zhuǎn)速和蝸殼壓力，轉(zhuǎn)速下降到50％左右時手動啟
動緊急停機流程。也可以不發(fā)機組緊急停機令，讓機
組轉(zhuǎn)速自由下降至15％m~手動投入風(fēng)閘。
此種方式利用機組導(dǎo)葉“開— —關(guān)”過程中排除
積水，速度較陜，對操作人員要求較高，有較大的風(fēng)險。
3．4手動開導(dǎo)葉排水
此種方式是在機組停機并落下上游門后，現(xiàn)地
手動操作導(dǎo)葉，將其開至一定的開度排除壓力鋼管
內(nèi)積水。
3．4．1導(dǎo)葉較大開度排水
導(dǎo)葉開度較大(如10％)時，由于壓力鋼管(引
水隧洞)內(nèi)有積水，機組會轉(zhuǎn)動起來，因此在操作導(dǎo)
葉前應(yīng)將水導(dǎo)泵、高壓油泵先手動啟動，根據(jù)調(diào)速器
壓油罐內(nèi)油位及壓力視情況是否需要啟動液壓系
統(tǒng)，再將調(diào)速器控制方式切至現(xiàn)地手動，手動開啟導(dǎo)
葉至10％開度。機組轉(zhuǎn)動起來后應(yīng)密切關(guān)注轉(zhuǎn)速，
在轉(zhuǎn)速下降到15％左右時手動投入制動風(fēng)閘。
在操作過程中，應(yīng)控制打開導(dǎo)葉的速度，控制機
組轉(zhuǎn)動的時間，防止機組較長時間慢速運行。
此種排水方式操作比較簡單，風(fēng)險也較小。由于
不同機組間的特性差異，以及每次操作人員的經(jīng)驗、
判斷不同，需要對機組的轉(zhuǎn)動特性進行不斷摸索，進
行經(jīng)驗總結(jié)，以尋求最優(yōu)的導(dǎo)葉開度值和開啟時間
控制。
3．4．2導(dǎo)葉小開度排水
這種方式是防止機組轉(zhuǎn)動的情況下小開度開啟
導(dǎo)葉排水，因此需控制導(dǎo)葉開度，即不能太小以便于
排水，又不能太大防止機組轉(zhuǎn)動。在操作導(dǎo)葉之前，
應(yīng)手動投入制動風(fēng)閘，再將調(diào)速器控制方式切至現(xiàn)
地手動，緩慢開啟導(dǎo)葉至3％左右。導(dǎo)葉開度跟每臺
機組的將I生及水頭有一定關(guān)關(guān)，需在試驗中進一步
確定。
此種方式要嚴格控制導(dǎo)葉開度大小，防止開度
過大發(fā)生磨風(fēng)閘。
3．5 開啟蝸殼盤型閥排水
此方式是開啟蝸殼盤型閥后，壓力鋼管(引水隧
洞)內(nèi)積水通過蝸殼盤型閥排至下游尾水。
此排水方式需人工手動打開蝸殼盤型閥，由于
此時壓力鋼管(引水隧洞)充滿積水，水壓大，操作蝸
殼盤型閥有較大難度，同時在排水過程中盤型閥振
動和氣蝕嚴重，存在損壞盤型閥密封或閥桿斷裂等
風(fēng)險。此方式不適用高水頭電站。
4排水方式比較選擇
(1)通過技術(shù)供水系統(tǒng)排水，操作簡單，風(fēng)險小，
但時間相對較長。在例行的年度檢修(合理安排工期)
或?qū)r間要求較松時，應(yīng)優(yōu)先采用此種排水方式。
(2)手動開導(dǎo)葉排水要嚴格遵守操作流程步驟，
依賴每位操作員的經(jīng)驗技術(shù)水平。排水(下轉(zhuǎn)第30頁)
萬方數(shù)據(jù)
30 水電站機電技術(shù) 第35卷
通過有限元法計算出機組最大的集膚效應(yīng)和鄰
近效應(yīng)系數(shù)在截面3的導(dǎo)體V2上(見圖6、71．銅環(huán)
引線的溫升計算是采用局部熱網(wǎng)絡(luò)計算方法。導(dǎo)體
處切向的熱流忽略不計。計算結(jié)果取決于導(dǎo)體損耗、
導(dǎo)體外形尺寸、肌膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)系數(shù)(有限元計
算)、風(fēng)速。銅環(huán)處的風(fēng)速主要取決于上端轉(zhuǎn)子支架
進風(fēng)口大小。
圖7向家壩TAH機組匯流環(huán)布置圖
計算結(jié)果如表4所示：
表4 向家壩TAH機組匯流環(huán)發(fā)熱計算結(jié)果
通過計算可以得出，導(dǎo)體溫度主要取決于通過
銅環(huán)引線的徑向風(fēng)速。向家壩機組的徑向風(fēng)速受限
于轉(zhuǎn)子支架進風(fēng)口的風(fēng)阻。只有當(dāng)上端和下端路徑
之間出現(xiàn)不均勻的流量分布時(NDE側(cè)風(fēng)量為
200 m3／s)，銅環(huán)引線才會有好的冷卻效果。
5 結(jié)語
通過上述對三峽地下電站DEC、HEC機組以及
向家壩電站TAH和HEC機組發(fā)電機匯流環(huán)的受力
和發(fā)熱計算結(jié)果進行分析，我們可以清楚的看到，不
同的匯流環(huán)布置對發(fā)電機匯流環(huán)的受力和發(fā)熱有重
要的影響，具體可以總結(jié)為以下幾點：
(1)在匯流環(huán)布置比較密集的區(qū)域，其銅環(huán)本身
的受力和發(fā)熱要遠大于發(fā)電機其他區(qū)域布置的匯流
環(huán)。
(2)在匯流環(huán)布置比較密集且通風(fēng)不暢的區(qū)域
發(fā)電機匯流環(huán)的散熱效果不好，也會導(dǎo)致匯流環(huán)溫
度過高的現(xiàn)象。
鑒于此種情況，三峽地下電廠HEC機組已分別
在通風(fēng)不暢的發(fā)電機出口位置以及匯流環(huán)布置比較
密集的多個地方布置了光纖測溫裝置，通過實時的
監(jiān)測來關(guān)注匯流環(huán)的發(fā)熱。另外為了能夠減少銅環(huán)
由于熱脹冷縮以及電磁應(yīng)力過大而影響機組的正常
運行，在向家壩TAH機組發(fā)電機匯流環(huán)上，采用了
能夠緩解匯流環(huán)受力的柔性連接。通過對發(fā)電機匯
流環(huán)的發(fā)熱以及受力問題進行研究分析，可以更好
的了解發(fā)電機匯流環(huán)的一些潛在的安全隱患，從而
從根本上消除了這些安全隱患，為大型發(fā)電機組的
安全可靠運行提供了有力的保障。
參考文獻：
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【2]葉齊政．電磁場[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008．
[3】冷紀桐．有限元技術(shù)基礎(chǔ)[M]化學(xué)_r-,lk出版社，2007．
【4】GB8564—2003．水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范fS1．
【51哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司計算告[R】．OEC．200．0483
(上接第22頁)
較快，風(fēng)險較高，應(yīng)少用此方式。
(3)在停機過程中排水和自動開機排水，排水
快，但風(fēng)險也高，在機組緊急搶修或工期要求很緊時
可以采用此方式。
(4)通過開啟蝸殼盤型閥排水，操作難度較大，
存在設(shè)備損壞的風(fēng)險，此排水方式一般不予采用。
5 結(jié)語
巨型混流式水輪發(fā)電機組的壓力鋼管(引水隧
洞)排水操作是一項較復(fù)雜、難度較大的操作，涉及
到方方面面的工作，但如何確保排水時的安全是操
作的關(guān)鍵。電廠應(yīng)對每種排水方式進行風(fēng)險分析并
制定相應(yīng)的操作方案，根據(jù)時間緊迫性、風(fēng)險程度等
情況選擇合適的排水方式。
參考文獻：
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制作與安裝U1．水電站機電技術(shù)，2011，34(4)：40—42，50
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