大川电厂混流式水轮发电机组顶盖水再利用的实践

2014-08-29何军，王超智，杨登兵，叶瑞文

四川水力发电 2014年4期

关键词：大川水阀顶盖

何军，王超智，杨登兵，叶瑞文

(四川大川电力有限公司，四川雅安 625605)

1 电站及机组原技术供水系统概况

大川电厂位于四川省芦山县大川镇，共有5座水电站，其中3座水电站水轮机为混流式水轮机。这3座水电站的主要设计参数见表1。

表1 各水电站及水轮发电机组主要参数表

水轮发电机组技改前技术供水系统由压力钢管取水、降压过滤、清水池、循环泵和供水管道及尾水冷却器等组成，以中咀水电站1号机组为例，技术供水系统如图1所示。

技术供水系统采用3台型号为200ZXW250-40的自吸自控式循环泵并联安装作为加压设备，水泵配用电机功率为75 kW，水泵额定流量为250 m3/h，额定扬程为40 m。两台水轮发电机组正常运行时，两台循环泵供同时运行供机组冷却水，运行16小时后将其中一台切至备用，并启用第三台循环泵，备用8小时后进行一次切换，以此进行循环水泵轮换。只有一台水轮发电机组运行时，则启动1台循环泵运行，另外2台循环泵作为备作，以8小时为周期依次进行轮换运行。机组技术供水总管直径为DN200，压力一般保持0.3MPa，流量250 m3/h。

2 顶盖水作机组技术供水的可行性

2.1 顶盖水的作用

顶盖水为混流式水轮机轮转上止漏环梳齿密封漏水，为减轻转轮的轴向水推力，降低机组推力轴承的载荷，这部分漏水必须从顶盖排走。在正常运行时这部分水没有做功，是水轮机效率损失的一部分。

大川电厂6台混流式水轮机的顶盖上，均设有四根Dg65的排水管，将顶盖水引到机墩内预埋排水管汇流后从厂房尾水处排至下游。

2.2 顶盖水相关参数与原技术供水参数的比较

(1)顶盖水是经过转轮上止漏环梳齿过滤过的水，其水质明显好于直接取自压力钢管的水源。直接取自压力钢管的水源，中间经过滤水器过滤，其过滤精度为3 mm,低于3 mm的杂质通过滤网进入清水池，最后进入技术供水管网，在冷却器铜管内容易沉积，堵塞管道。而取自顶盖的水，因上止漏环的间隙为0.9～1.2 mm，其过滤精度明显优于滤水器。所以，顶盖取水的水质更好。

(2)顶盖水压力可达到0.2～0.3 MPa，接近于原利用技术供水泵系统供水总管的压力。

(3)顶盖水正常排水量为300 m3/h，大于机组技术供水所需流量。

综上所述，机组顶盖水从水质、压力、流量等方面均满足给机组提供技术供水的条件。

图1 技改前水轮发电机组技术供水系统图

2.3 顶盖水引接的条件及可能产生的后果

(1)顶盖排水管离机组技术供水总管很近，从顶盖出水到机组技术供水总管仅一墙之隔，虽墙体为机组构筑物，不能进行打孔作业，但可从水轮机室进人门处绕行，长度为3.5米，引接方便，无障碍，引接后不会带来负面的影响。

(2)改造后可能产生的后果及应对措施：一是改造后排水不畅，将引起顶盖水压力增大，从而增加轴向推力，加大推力轴承的负荷，引起推力轴瓦温度升高，甚至烧瓦。应对措施是保留原顶盖排水管，并增设调节阀门，当顶盖水压力超过正常排水压力(0.3 MPa)时，开启顶盖水排水调节阀，排水降压，确保机组推力轴承正常运行。同时，停用顶盖水供水系统，查明原因。二是当上游来水泥砂含量高引起水质恶化时，停用顶盖水供水系统，开启原循环泵供水系统，对系统进行反冲，保证机组技术供水的正常运行。

3 顶盖水再利用系统改造方案

为了使顶盖漏水得到再利用，制定改造方案如下：

(1)增设顶盖排水汇流管。将原顶盖排水在水轮机室进行汇流，具体做法是在水轮机室内蜗壳上沿做一DN200环形管，环形管水平布置，下方分别与原顶盖排水Dg65管连接，将顶盖水进行起汇流、缓冲、稳压作用。环管采用DN200钢管焊接，与顶盖水排水管采用焊接方式连接。

(2)引水管水流及水压控制和监测。引水管采用DN200钢管焊接，总控制阀采用型号为D371H-16C的法兰对夹蝶阀，在引水管上安装一只量程为1.0 MPa的压力表，并配DN15表阀，用作压力监视用。

(3)与原技术供水系统连接：在水车室顶盖排水汇流管上方焊接DN200钢管，另一端在机组原技术供水系统总回水阀机组侧管道处碰管，将顶盖排水送到机组原总回水管再送到各冷却器，吸收热量后从尾水冷却水器增设的排水阀处排至尾水。为了防止在洪水期水中泥砂含量太大磨损冷却器铜管，原技术供水系统保留，作为备用。两个系统接口采用焊接连接。

工艺要求：焊接后进行管道试压、清洗、刷漆工作。其中，试压压力为0.4 MPa，保持时间10分钟，不得有渗漏。清洗工作要求：在试压合格后，对管道按可能达到的最大压力和流量进行连续冲洗，直到出口处的水色和透明度与进口处一致视为清洗完成。刷漆工作要求先进行除锈，完成后刷红丹防锈漆，再刷色漆。

系统如下图所示：

图2 顶盖水再利用供水系统图

4 顶盖水用作机组技术供水运行方式

(1)当上游来水泥砂含量较低时，采用机组顶盖水作为机组技术供水。全关“原技术供水管道”上总进水阀门4及总出水阀5，退出循环水泵，同时，利用原顶盖水排水阀1及排水阀3进行机组冷却水压力及流量的调节，使流量及压力满足技术供水的要求。

(2)当上游来水泥砂含量较大，对机组各冷却器铜管有磨损风险时，则恢复顶盖水正常排水，即全开“原顶盖水排水阀1”，全关“排水阀3”，顶盖水沿原管道系统排至尾水，同时，全开“原技术供水管道”上总进水阀门4及总出水阀5，并启动循环泵，恢复原技术供水系统运行。

(3)具体操作规程：

○1冷却水由循环泵改为顶盖供水的操作(以1F机组为例)

全关1号机组导叶；

监视1号机组负荷降低至0kW；

全关1号机组尾水冷却器进水阀1224；

全关1号机组尾水冷却器出水阀1225；

全关1号机组冷却水出水阀1218；

全开1号机组顶盖供水总阀1219；

全开1号机组顶盖冷却水排水阀1220；

全关1号机组顶盖排水阀1223；

调整1号机组顶盖冷却水排水阀1220开度来调整冷却水压力；

重新带上1F、2F指定有功负荷。

○2冷却水由顶盖供水改为循环泵供水的操作(以1F机组为例)

a) 将1F机组有功负荷减至5%额定负荷；

b) 全开1F顶盖排水阀1223;

c) 全关1F顶盖供水阀1219;

d) 全关1F顶盖冷却水排水阀1220;

e) 全开1F冷却水排水总阀1218;

f) 全开1号循环供水泵进水阀0205;

g) 全开1号循环供水泵出水阀0208;

h) 启动1号循环技术供水泵;

i) 检查循环供水泵总管压力正常;

j) 检查各导轴承冷却水压力正常;

k) 带上指定的有功负荷；

系统倒换操作非常简单，在顶盖供水方式下，即使发生启停机，也不需对技术供水系统再进行操作，只要导叶打开，机组顶盖有排水，则机组技术供水系统就会有水流，确保机组安全运行。可见，技改后基本无操作，运行稳定可靠，无风险。

5 顶盖水再利用的效果

5.1 安全性

顶盖水再利用系统投运后，进行了各种负荷工况下的检测，并抽取典型工况如100%、75%、50%、20%负荷下水压及轴瓦温度、发电机线圈及铁芯温度对比，机组各轴瓦温度、发电机线圈及定子铁芯温度均满足要求。大川电厂所处大川河流域，上游来水最小时，机组出力维持在20%左右，顶盖水再利用系统仍能正常工作。通过试验证明：顶盖水再利用系统除了在上游来水泥砂含量超标时不能投运，其余时间均可投入运行。改造前以中咀电站1号机为例，各负荷工况下各点温度(采用PT100测温头测量)如表2，改造后的情况如表3。

通过表2、表3的对比可见，技改后相同监测点的温度比技改前略有下降，机组运行工况得到改善。主要原因是机组技术供水系统进水温度降低了，原“清水池—循环泵”供水模式时，进水温度平均为10.2 ℃，而采用顶盖水供技术用水时，其平均温度约8.5 ℃。由于进水温度的降低，其换热效果得到提高，所以各监测点温度略有下降。同时，测试数据也证明，技改后的系统完全能满足机组的运行要求。

表2 技改前各监测点在各工况下的温度值(单位：℃)

表3 技改后各监测点在各工况下的温度值(单位：℃)

5.2 经济性

大川电厂中咀、长石坝、佛山三电站顶盖水再利用系统投运一年以来的实践证明该系统的节能降耗效果十分显著。据一年来的运行统计数据，三个电站因为停用功率为75 kW的循环泵电机，一年下来，共节约厂用电1 576 800 kWh，厂用电率降低0.3%，增收48.8808万元，同时，因为大幅度减少了循环泵的运行，降低了循环泵电机轴承的磨损，延长了轴承的使用寿命，减轻了维护工作量，节约成本约1.5万元。技改项目总共产生节能经济效益50.3808万元，项目成本在一个年运行周期即全部收回。另外，因为减少水泵维护工作量，相应地减少了因水泵检修带来的检修安全风险，在取得经济效益的同时取得了良好的安全效益。