高水头多泥沙电站喷针喷嘴材质的合理选择

2013-08-15张晓光

科学之友 2013年8期

张晓光

（云南大唐国际碧玉河水电开发有限公司美光河水电站，云南迪庆 674600）

美光河水电站地处迪庆州维西县永春乡境内，电站为引水式开发，由东（西）引水坝、东（西）引水隧洞、引水渠，前池、压力管道、发电厂房、升压站等组成。机组为卧式冲击式机组，电站额定工作水头为169 m，调速系统由上下两套喷针系统组成。电站上游沿线是维兰公路，两边的植被破坏严重，河水的含泥沙量相当大，并且经常伴有小木屑等杂质，使得机组喷针系统由于磨损过大，经常转速控制不住，无法并网。

1 介绍美光河水电站卧式冲击式机组调速系统

1.1 水轮机设备简介

水轮机是浙江金华市金龙水电设备厂 CJA237－W－100/2X11型冲击式水轮机。此种水轮机为水斗水轮机属冲击型，高水头，小流量的典型水力机械，该机型适用于水头一般在100 m－1 000 m水头段。水以压力水管引经喷嘴，组成一股射流冲击转轮作功，经由主轴，联轴器带动发电机发电。此种水轮机具有结构简单紧凑，运行工况区域宽而稳定，操作管理、维护保养方便等特点。此水轮机主要由机体部分、喷水管部分、分支管、伸缩节、闸阀、折向器和制动管路系统等部分组成。喷水管部分主要由接力器缸、活塞连接器、喷管、喷针杆、支持架、喷嘴体、喷针等组成。喷针杆在接力器压力油作用下打开（或关闭）喷嘴口，压力水流经支持架由喷嘴口喷射以高速密实的流速冲击转轮，使转动部分旋转。折向器又称偏流机构，用于机组突甩负荷时，使射流折向离开水斗，以防止机组飞车和水锤压力上升过大。

1.2 调速器系统简介

美光河水电站机组调速器系统采用的是上饶开元电站控制设备制造有限公司研发的 CWT/2型双喷嘴冲击式水轮机可编程调速器。此系列触摸屏可编程双喷嘴冲击式调速器采用先进的可编程数字控制技术和液压技术，使调速器具有良好的调节品质，其控制折向器和喷针接力器的阀组集成化，结构新颖，运行可靠，并且采用了图形显示终端（触摸屏），操作方便，维护十分简单。其主要功能是自动或手动开停机及增减负荷；无条件、无扰动地实现自动与手动的相互切换；实现机组的频率调节和快速并网；根据整定的 Bp值和电网频差自动调整机组的出力；中、英文显示画面，能显示微机故障源及报警，便于实现与上位机的通讯，提高电站自动化水平。电气部分的主要特点：采用了可靠性极高的PLC；调节规律为变结构、变参数PID智能数字控制；采集机频、网频、导叶开度、手动、自动等调整器的各种参数及机组所处的各种运行状态及调节模式，并在触摸屏上显示，能方便地进行整定和修改调速器的各种运行参数；可以使任一喷针作为主喷针，担任调频工作等特点。

1.3 机组的转速控制与负荷调整

机组的转速控制主要是通过控制两个喷针的开度来实现的。当机组启动时，假如以#2喷针（上喷针）为主，#1喷针（下喷针）为辅的运行方式下，点击“开调速器令”机组开始起动，#2喷针开启到启动开度，然后迅速回调使机组保持在额定转速500 RPM，这时#1喷针不参与调整。起励并网后，随着机组负荷的增加，#1喷针逐步打开，并与#2喷针同步，共同对机组负荷进行调整。

2 美光河水电站机组运行时存在的问题

第一，单喷针为主，机组启动后转速不能稳定在额定转速，即使在主喷针很快速的关下来的情况。机组转速一直处于快速上升的状态，从500 RPM爬到550 RPM，即使折向器频繁动作转速也降不下来，机组无法并网。

第二，美光河水电站在整个怒江电网中属于小的调峰机组，启停频繁，并且接在河西变10 KV母线上，系统极不稳定，经常出现甩负荷的情况。机组一旦面临甩负荷时，由于喷针系统磨损大，漏水严重，即使折向器多次动作，也会出现超速现象，对设备的安全稳定运行带来了极大的隐患。

3 机组超速，无法并网的原因分析

第一，喷针头采用的为45号钢，喷嘴材质为ZG230－450铸铁，两种材质偏软，耐磨性及耐腐蚀性不适合这种高水头，含沙量大的电站。

第二，来水由于含泥沙量大，对喷针系统冲刷大，导致喷针喷嘴的结合面之间不能很好地封住水，转速无法控制，机组无法并网。

4 机组故障现象检查，排除故障的措施及方案

4.1 机组的故障现象检查

机组转速控制不住，无法并网后我们到转轮室测量了喷针与喷嘴间的间隙，发现磨损较严重，特别是喷针头与喷嘴的结合面磨损严重，有1 cm左右环形凹槽。上喷针间隙测量结果为y：0.4 mm －y：0.15 mm x：0.05 mm －x：0.15 mm 下喷针测量结果为y：0.4 mm －y：0.3 mm x：0.42 mm －x：0.42 mm。通过测量检查发现喷针喷嘴磨损严重，无法满足生产需要。