小湾水电站顶盖取水试验研究

朱丽辉；武赛波

（1. 云南机电职业技术学院，昆明 650203；2. 昆明勘测设计研究院，昆明 650051）

1 电站概况及机组主要参数

1.1 电站概况

小湾水电站位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，是澜沧江中下游河段规划八个梯级中的第二级。工程以发电为主兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效益，水库具有不完全多年调节能力，系澜沧江中下游河段的“龙头水库”。该工程由292m高的混凝土双曲拱坝、左岸泄洪洞及右岸地下引水发电系统组成。水库库容为 149.14×108m3，电站装设6台700MW巨型水轮发电机组。电站于2002年1月开工，2004年10月25日大江截流，2009年10月首台机组发电，目前电站6台机组已全部投产发电。

1.2 机组主要参数

1.2.1 水轮机主要参数

水轮机型号: HL153-LJ-660

最大水头: 251 m

加权平均水头: 222.41 m

额定水头: 216 m

最小水头: 164 m

额定出力: 714 MW

额定转速: 150 r/min

飞逸转速: 286 r/min

额定流量: 360 m3/s

吸出高度: -11.9 m

1.2.2 发电机主要参数

发电机型号：SF700—40/12770

发电机型式：立式、空冷、半伞式

额定容量：700MW/778MVA

额定电压：18 kV

功率因数：0.9

飞逸转速：290 r/min

转动惯量：110000 t·m2

1.3 机组冷却用水量

发电机空气冷却器：1620 m3/h

发电机上导轴承：63 m3/h

发电机推力轴承：126 m3/h

发电机下导轴承：84 m3/h

水轮机导轴承：18 m3/h

合计一台机冷却水量：1911 m3/h

2 顶盖取水试验

2.1 顶盖取水原理

顶盖取水技术就是在混流式水轮机上，通过采取一些特殊的工艺措施，把水轮机转轮上迷宫间隙产生的废弃漏水，引出作为机组冷却用水。其优点是水质好、变废为宝、节省供水设备投资和节约能源。

2.2 试验目的

小湾电站单台机用水量约1911 m3/h，机组技术供水采用单元水泵供水方式。机组技术采用供水泵从机组尾水出口取水，经DN450mm的取水管和位于技术供水设备层的两台离心水泵向机组供水，两台水泵互为备用。顶盖取水作为试验性供水方案，如果试验成功，可作为机组主用或备用技术供水水源。

顶盖取水试验的目的，是检验利用顶盖迷宫环漏水作技术供水方式的可行性、可靠性和经济性，并察看其运行过程中可能出现的问题，以便不断改进。机组技术供水系统如图1所示。

图1 小湾电站机组技术供水系统图

2.3 试验前的准备工作

试验前必须做好以下准备工作：

（1）检查泄压排水安全阀，并确认其工作正常；

（2）在停机状态下，检查顶盖供排水系统所有阀门，各开关2次，保证动作灵活可靠；

（3）确认轴瓦温度信号回路正确，保证轴瓦温度过高时能控制停机；

（4）校准有关表计及信号器，要求指示准确；

（5）其它操作按手动开机进行准备，记录各部分起始温度；

（6）安排专人监测供水设备室技术供水管路各部轴承进水压力、空冷器进水压力；

（7）安排专人监视顶盖技术供水水压，以 0.3～0.45MPa为宜；

（8）安排专人监视顶盖压力，以不大于 0.5MPa为宜；

（9）安排专人监视各部轴承温度、发电机冷、热风温度；

（10）安排专人在机组仪表屏处，监视机组振动摆度值（此人应能够操控机械制动闸）；

（11）保持供水设备室技术供水管路处、机组仪表屏、调速器机械柜处的通讯畅通。

2.4 试验步骤

（1）手动开机操作

·开机准备工作完成后，手动开机到额定转速，机组空转运行；

·并记录各部轴承水压、机组各部温度；

·如属正常继续观察，若水压有调节余地，可反复调节，直至空冷器进水阀组全部打开；

·记录并观察各部轴承温度、水压，直至各部轴承温度基本稳定；

·各部分温度稳定，无继续升高现象后，运行 1小时左右方可继续下一步试验。

（2）空载下的试验

·机组切到自动位置；

·机组自动升压到空载额定电压，发电机空载运行；

·记录各部轴承温度、水压直至各部轴承温度基本稳定。

·各部分温度稳定，机组正常后运行0.5小时开始带负荷试验。

（3）并网带负荷试验·机组用自动准同期方式并网带20%～25%负荷；·记录各部水压、各轴承温度、空冷器冷、热温度；

·若水压无较大变化，稳定运行30分钟可继续带下一级负荷；

·各级负荷暂分为200MW、400MW、500MW 、600MW负荷进行。

2.5 试验结果

2010年10月15日，小湾电站在6号机组进行了顶盖取水做技术供水试验工作，试验在下午 16:00开始，于当日22:30结束。共完成了手动开机操作、空载下试验、并网带负荷试验等试验项目。试验工作进展顺利，由于现场设备及监控系统暂时不满足顶盖取水供水下自动开停机试验的要求，方案中自动开停机试验项目尚未进行。试验结束后相关人员对发电机风洞、水机室机坑进行了全面检查，检查结果正常。

表1 顶盖取水试验技术供水系统管路压力、流量记录

表2 发电机轴瓦温度、空冷器热冷风温度记录

机组正常运行采用离心泵供水时，技术供水总管压力为0.31 MPa，流量为2258 m3/h。试验过程中，在机组空转、空载阶段，总供水压力0.244 MPa，总供水流量1500 m3/h，机组各轴承、空冷器冷却水压力、流量约为离心泵正常供水时的 2/3；随着机组负荷的增加，冷却水压力、流量逐渐上升，在机组负荷为540 MW时，冷却水压力、流量与离心泵供水时基本一致，总供水压力0.315 MPa，流量2254 m3/h；负荷升至680 MW时，总供水压力0.35 MPa，流量2543 m3/h，机组各轴承、空冷器冷却水压力、流量为离心泵供水时的约1.13倍。

负荷为200MW时上导、水导轴承+X、-Y方向摆度有所升高，负荷继续上升后恢复正常，其他部位振动摆度值试验过程中均正常。

各轴瓦温度随着机组负荷的增加逐渐上升，且均在正常范围内。其中离心泵供水方式下，机组负荷为560 MW时推力轴承瓦温平均值为75.5℃，而采用顶盖供水方式下机组负荷为 540MW 时推力轴承瓦温平均值为 81.1℃，机组负荷为 680MW 时推力轴承瓦温稳定到82.5℃。

顶盖取水试验时，供水系统管路压力、流量记录见表1；发电机轴瓦温度、空冷器热冷风温度记录见表2，数据为同时采集。

3 结论

控制系统和开机流程还需要进一步完善，采用水泵供水时的开机流程，是先判断供水系统供水正常后才能开机，而顶盖取水供水时，则必须开机后才会有水。采用顶盖取水供水时，水压过低和水量不足报警不必作为停机条件，因为水量和水压会随着负荷的增加而增大。空载和小负荷时，虽然水量小，但机组发热量也少。只要设备各部位温度不超过限定值，设备就是安全的。试验确定了顶盖取水供水作为备用供水水源是可行的，紧急情况下可以进行供水切换，提高了机组安全运行系数。小湾电站首次在 700MW 级巨型机组上进行的顶盖取水试验，其经验对其它电站将有重要的借鉴作用。