巨型混流式水轮发电机组检修排水方式探讨

吴洪飞，姚登峰，李延舟

（向家坝水力发电厂，四川 宜宾 644612）

1 引言

在混流式水轮发电机组检修时，若水轮机部件或调速器有工作，不仅需要落下上游挡水闸门，还需排除压力钢管内积水，使蜗壳与下游平压。巨型混流式水轮发电机组的压力钢管长度长，内径大，压力钢管内积水多。如何安全、快速地排除其内部积水，需要进行不断的探索。

2 向家坝水电厂机组引水系统介绍

向家坝水电站共安装有8台800 WM的混流式水轮发电机组，其中左岸坝后电站为1号～4号机组，采用一机一压力钢管引水方式；右岸地下电站为5号～8号机组，采用采用一机一引水隧洞引水方式。向家坝电站机组压力钢管（引水隧洞）的参数如表1所示。

表1 向家坝水电站压力钢管（引水隧洞）参数表

3 机组检修时压力钢管排水方式

3.1 通过技术供水系统排水

当机组的技术供水系统采用蜗壳取水方式时，可以通过技术供水系统排除压力钢管（引水隧洞）内积水。此方式是在机组停机并落下上游挡水闸门后，打开技术供水系统的相关阀门，压力钢管（引水隧洞）内积水经过蜗壳、通过技术供水系统管道排至下游尾水。其典型的水流示意图见图1。

如图1所示，利用水位高度差，压力钢管（引水隧洞）内积水通过自流方式，经过蜗壳取水口、技术供水系统的滤水器、减压阀、电动阀，最后排至下游尾水。

向家坝电站技术供水系统的设计额定流量为2 308 m3/h，因此压力钢管（引水隧洞）从开始排水到积水排完，需要的时间约为至20 h（8FB）、17.5 h（7FB）、13.0 h（6FB）、10.8 h（5FB）、7.0 h（1FB～4FB）。

图1 通过技术供水管道排水示意图

通过技术供水系统排出压力钢管（引水隧洞）内积水，操作简单，风险小，但是排水时间长，蜗壳内还会剩余较多的余水，延迟蜗壳排水（开启蜗壳和尾水盘型阀经检修集水井排水）的时间。

3.2 在停机过程中排水

此方式是先将机组从并网状态调整到空转状态后，先人为启动机组高压油减载系统，再人为发令快速落下机组上游快速门，在机组停机过程中将压力钢管（引水隧洞）内积水经过导叶排至下游。在发快速门快闭命令前，应先屏蔽相应事故控制流程，防止由于快速门下降到事故位后启动快速停机流程而过早关闭导叶，从而无法将压力钢管（引水隧洞）内积水有效排出。在发令快速落门后应密切监视机组导叶开度和转速，在适当时机（如转速接近50%额定转速时）人为按下紧急停机按钮使机组停机和关闭导叶，并应根据情况在适当时机手动帮助投入机组制动风闸。

此排水方式利用机组停机过程同时快速落下机组快速门，排除压力钢管（引水隧洞）内部积水，速度很快，但是快速门在动水落门过程中容易在快速门泵房等处产生负压，危及设备安全；此外按紧急停机按钮的时机难掌握，对操作人员的要求高，操作风险大。

3.3 自动开机方式排水

机组正常停机后，人为操作落下机组上游快速门并做好防动措施，联系相关维护人员解除快速门全关闭锁开机条件，然后发令开机至“空转”令，由于机组快速门在落下状态，机组快速停机流程会启动，机组又快速停机。在发令机组空转之前，应该先启动机组水导泵、液压系统、高压油泵等设备；快速停机流程启动后，应密切关注个辅助设备动作情况，必要时手动干预。

如果机组快速停机流程没有启动，则要立即手动启动停机流程。

如果机组检修门落下，发令机组空转后，监视机组转速和蜗壳压力，转速下降到50%左右时手动启动紧急停机流程。也可以不发机组紧急停机令，让机组转速自由下降至15%时手动投入风闸。

此种方式利用机组导叶“开——关”过程中排除积水，速度较快，对操作人员要求较高，有较大的风险。

3.4 手动开导叶排水

此种方式是在机组停机并落下上游门后，现地手动操作导叶，将其开至一定的开度排除压力钢管内积水。

3.4.1 导叶较大开度排水

导叶开度较大（如10%）时，由于压力钢管（引水隧洞）内有积水，机组会转动起来，因此在操作导叶前应将水导泵、高压油泵先手动启动，根据调速器压油罐内油位及压力视情况是否需要启动液压系统，再将调速器控制方式切至现地手动，手动开启导叶至10%开度。机组转动起来后应密切关注转速，在转速下降到15%左右时手动投入制动风闸。

在操作过程中，应控制打开导叶的速度，控制机组转动的时间，防止机组较长时间慢速运行。

此种排水方式操作比较简单，风险也较小。由于不同机组间的特性差异，以及每次操作人员的经验、判断不同，需要对机组的转动特性进行不断摸索，进行经验总结，以寻求最优的导叶开度值和开启时间控制。

3.4.2 导叶小开度排水

这种方式是防止机组转动的情况下小开度开启导叶排水，因此需控制导叶开度，即不能太小以便于排水，又不能太大防止机组转动。在操作导叶之前，应手动投入制动风闸，再将调速器控制方式切至现地手动，缓慢开启导叶至3%左右。导叶开度跟每台机组的特性及水头有一定关关，需在试验中进一步确定。

此种方式要严格控制导叶开度大小，防止开度过大发生磨风闸。

3.5 开启蜗壳盘型阀排水

此方式是开启蜗壳盘型阀后，压力钢管（引水隧洞）内积水通过蜗壳盘型阀排至下游尾水。

此排水方式需人工手动打开蜗壳盘型阀，由于此时压力钢管（引水隧洞）充满积水，水压大，操作蜗壳盘型阀有较大难度，同时在排水过程中盘型阀振动和气蚀严重，存在损坏盘型阀密封或阀杆断裂等风险。此方式不适用高水头电站。

4 排水方式比较选择

（1）通过技术供水系统排水，操作简单，风险小，但时间相对较长。在例行的年度检修（合理安排工期）或对时间要求较松时，应优先采用此种排水方式。

（2）手动开导叶排水要严格遵守操作流程步骤，依赖每位操作员的经验技术水平。排水较快，风险较高，应少用此方式。

（3）在停机过程中排水和自动开机排水，排水快，但风险也高，在机组紧急抢修或工期要求很紧时可以采用此方式。

（4）通过开启蜗壳盘型阀排水，操作难度较大，存在设备损坏的风险，此排水方式一般不予采用。

5 结语

巨型混流式水轮发电机组的压力钢管（引水隧洞）排水操作是一项较复杂、难度较大的操作，涉及到方方面面的工作，但如何确保排水时的安全是操作的关键。电厂应对每种排水方式进行风险分析并制定相应的操作方案，根据时间紧迫性、风险程度等情况选择合适的排水方式。

[1]孙 文,侯 明.向家坝水电站超大直径引水隧洞压力钢管制作与安装[J].水电站机电技术，2011，34（4）：40-42，50.

[2]张银云.湖南镇电站压力钢管停复役操作运行分析[J].小水电，2011，4：137-139.