瀑布沟水电站技术供水系统存在的问题及改进方法浅析

2014-12-02敬燕飞喻永松

四川水力发电 2014年2期

敬燕飞，喻永松

(国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川汉源 625304)

1 概述

瀑布沟水电站是大渡河干流水电梯级开发中的第17个梯级电站，以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益。电站最大水头为181．7m，最小水头为114．3m，采用6台单机容量为600MW的混流式水轮发电机组，装机总容量为3600 MW。电站按无人值班(少人值守)原则设计，采用计算机监控系统，由电站流域梯级调度中心统一调度运行。

瀑布沟水电站主供水采用单元供水系统，每台机设置一个供水单元，每个供水单元包含机组供水系统和主变供水系统两部分。机组冷却水、主变冷却水、机组密封水供水设备均布置在蜗壳层的水泵房内。2009年，瀑布沟水电站首台机组投运后，技术供水系统先后出现了一些问题。通过采取一系列技术改造措施处理后，技术供水系统安全可靠。

2 技术供水系统的组成及原理

2．1 用水设备

全站技术供水的用水设备包括:发电机上、下导轴承冷却器，发电机空气冷却器、推力轴承外循环装置冷却器、水导轴承冷却器、水轮机主轴密封、调速器外加冷却器、主变冷却器及水冷式空压机(中压空压机、检修维护低压空压机)。技术供水系统主要设备参数见表1。

2．2 水源及供水方式

瀑布沟水电站水头范围为114．3～181．7m。此时，采用自流减压供水作为机组主供水源已不经济(减压会过多地增加水能损耗，浪费的水能已经高于装设水泵供水时的电能和设备的费用)，因此机组的技术供水方式采用水泵单元供水，而自流减压供水则作为备用水源。单元供水即每台机组各自有一组工作水泵，这种供水方式运行灵活，可靠性高，便于自动控制。机组主轴密封润滑水以清水系统清洁水为主用，机组技术供水作为备用。

瀑布沟水电站清水系统水源取自大坝6F机取水口旁的水泵房，由三台深井泵经过两根取水管抽至清水处理厂，经过一系列水处理设备引至清水池，然后送至地下厂房作为清洁水和消防用水。清水池通过两台加压泵将水打至高区水池，为开关站提供清洁水和消防用水。

2．2．1 机组冷却水

(1)主供水源:机组冷却水主供水源取自尾水管，经过两台卧式单级双吸离心泵加压，两台全自动滤水器过滤，通过一台水控阀控制到达各用水设备。将流经冷却器后的水排至尾水管。

(2)备用水源:机组冷却水的备用水源取自压力钢管，经二级减压阀减压后至滤水器和水控阀。

2．2．2 主变冷却水

(1)主供水源:主变冷却主供水源取自尾水管，经过两台卧式单级双吸离心泵加压，两台全自动滤水器过滤，将流经主变冷却器后的水排至尾闸室。

(2)备用水源:主变冷却的备用水源取自机组备用水源即压力钢管经二级减压后一路成为机组冷却的备用水源，另一路则成为主变冷却的备用水源;主变冷却的备用水源另有一路取自厂房消防供水。

表1 主要设备参数表

2．2．3 主轴密封润滑水

(1)主供水源:采用厂外清水池(900m3)中的两条DN200mm管线一级减压后供给，其中1F～3F机组主轴密封为一组，4F～6F机组主轴密封、中压气机、检修用气低压气机、地下副厂房卫生间为一组。

(2)备用水源:主轴密封备用水源取自机组冷却主供水源水控阀后端，经管道离心泵和全自动滤水器送至主轴密封。

2．2．4 空压机冷却水

空压机冷却水直接取自清洁水系统，其冷却水直接排至渗漏集水井。

3 技术供水存在的问题

瀑布沟水电站自2009年首台机组投入运行后，经过近两年时间的运行，技术供水系统出现了一些问题，总结归纳其具有以下特点。

(1)机组技术供水主用水源水泵(上海东方泵业DFSS400-460C双吸离心泵)不能满足设计规定的有关扬程、流量性能参数。水泵额定扬程为35m(0．35MPa)，流量为 2262m3/h，现场实测压力值约为0．28MPa，流量约为1805m3/h，均低于额定参数。由于机组用水设备无法满足设计给定的压力和流量定值，因此只能通过关闭冷却器进出口蝶阀憋压的方式运行(部分阀门开度不足30°)。这种运行方式会在蝶阀的阀盘处长期形成射流，造成阀门汽蚀，故存在阀座密封冲毁的隐患。

(2)机组技术供水主用水源水泵的电机发热严重，局部温度高达85℃，机组技术供水泵电机接线盒内的接线柱螺栓拧紧力不够，绕组线鼻子为开式短线鼻子，接触面积不够，导致运行中接触面发热，接线端子过热氧化，致使接线端子、电缆接头烧损，绝缘破坏造成相间短路故障。

(3)变频器与电机不配套。瀑布沟水电站机组技术供水泵电机为普通电机，而电气控制为变频器，普通电机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。国内外的实践经验表明，变频器对普通电机的影响主要为:在运行中会引起电动机定子铜耗、转子铜(铝)耗、铁耗及附加损耗增加，会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，对电动机的匝间绝缘和对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下将加速老化。

(4)机组及主变技术供水系统自投入运行后，分别出现了3次水泵电机烧毁、1次水泵密封环破裂，多次水泵轴承损坏、轴封漏水等缺陷。截止2011年10月机组技术供水泵轴承已更换了32副，车氏密封更换了24个;主变技术供水泵轴承已更换了40副，车氏密封更换了34个，联轴螺栓更换了30颗。

(5)机组主轴密封、空压机冷却及地下副厂房共用一路供水管。因厂外824m高程清水池至厂房高程差较大，且因减压阀供水不可靠，水压波动较大，相互存在干扰，故运行中经常出现清水管路法兰断裂和中空压机爆破片破裂的情况。

(6)当机组检修、尾水排水后，主变主用和第一备用冷却水中断。为了保证主变正常运行，采用将消防水作为主变冷却水的措施，在机组检修中也印证了该方案合理、可行。但消防供水压力(0．7～1．2MPa)远大于主变冷却器的供水压力(0．3 ～0．5MPa)，且供水管路上无减压、稳压设备，只能靠控制阀门开度调节供水压力，从而给变压器的安全运行造成一定的风险，因为清水池容积有限，如有多台机组同时检修时，将不能保证消防用水和清水系统的安全运行。

4 处理方案

(1)针对上述机组技术供水水泵及电机存在的问题，通过分析发现:机组技术供水泵远离最优工况工作(扬程35m，流量2268m3/h)，工作效率极低，远低于水泵额定设计88．5%的效率，导致出口压力偏高，流量偏低。按照《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》(DL5066-1996)及《三相异步电动机技术条件》(JB/T8680．1-1998)的规定，结合目前各水泵运行(流量及扬程)及机组设备运行温升情况，选用了自贡水泵厂生产的500S35(G)离心泵和Y355L4-6/280kW电机，并将机组技术供水泵电机绕组线鼻子更换为闭式长线鼻子，从而增大了接触面积;同时，加装了绝缘热缩套，对接线柱进行了紧固处理。

(2)针对机组和主变技术供水泵车式密封和轴承失效的典型缺陷，将500S35(G)离心泵采用新型车式密封，深沟球轴承更换为调心轴承。技术供水泵改造时，对电机基础螺栓进行了加强紧固处理，调整并优化了电机与水泵同心度，减小了由于震动而导致电机基础发生位移的情况。利用2011～2012年机组检修的机会，对6台机组的12台技术供水泵进行了改造，经过近一年时间的运行，发现该型号水泵扬程、流量性能参数能满足供水系统要求，且阀门在全开状态下能满足设计给定的压力和流量定值要求，冷却器进出口蝶阀无需通过关闭憋压的方式运行，从而有效地保证了供水系统阀门等设备的使用寿命，各部轴承及空气冷却器温度亦有所降低。

(3)针对变频器与电机不配套的问题，经过同电气控制设备厂家及设计院沟通，将瀑布沟水电站1F、2F机组技术供水的电气控制由变频器改为软启动器，经过一定时间的运行并与3F～6 F机组技术供水泵进行对比分析，两种电机均未出现明显差异，最终决定由变频器控制的机组技术供水泵电机不更换为软启动器控制。

(4)针对清水系统运行不可靠的问题，将清水系统的一级减压更改为两级减压，同时将两级减压阀及Y型过滤器的压力等级由1．6MPa提高到2．5MPa，清洁水系统管路中增设了泄压管路，同时在坝后730m高程平台上修建调压水池，调压水池的水源引自低区水池两路清水系统管路阀门后端，经Y型过滤器及减压阀、浮球阀后分别接入三个不锈钢调压水箱后接入用水设备，同时，调压水池设有一路溢流放空管路引至大坝下游。经过近一年时间的运行证明，通过调压水池供清水系统后，清水系统的压力维持在0．5～0．7 MPa，清水供水及用水设备运行可靠。

(5)针对机组检修后主变冷却器主用水源供水中断、消防水作为备用水源运行不可靠的问题，增加了一路主变冷却水联通管，将6台主变冷却水互相联通，从而6台主变冷却水形成相互备用，消除了安全隐患，提高了主变运行的可靠性。