张世忠
(四川盐源甲米河水电开发有限公司,四川盐源,615700)
甲米河二级水电站水库正常蓄水位2054.4m,死水位2053.4m,死库容130.8万 m3,调节库容26.3万m3。电站额定水头61.5m,发电引用流量45.8m3/s。电站在枯水期(12月至翌年4月)、平水期(5月、11月)和汛期(6月至10月),库水位均在2053.4m~2054.4m范围内运行,即库水位仅在1m范围内变化,对混流式水轮机稳定运行十分有利。
该电站丰水年(P=10%)月最小平均流量6.56m3/s,月最大平均流量309m3/s,比值为1∶47.10;平水年(P=50%)月最小平均流量4.54m3/s,月最大平均流量168m3/s,比值为1∶37;枯水年(P=90%)月最小平均流量3.53m3/s,月最大平均流量95.6m3/s,比值为1∶27.08。即丰水年月平均流量相差47倍,平水年月平均流量相差37倍,枯水年月平均流量相差27倍。而30年一遇洪水流量为1660m3/s,200年一遇洪水流量为2140m3/s。
水库设计洪水水位2049.78m,校核洪水水位2054.39m,均低于库区正常水位(2054.4m)。
该水库运行难度大,其运行水位需要依赖上游一级电站水库运行情况来及时进行调整,所以甲米河两级电站联合调度是必要的。
甲米河二级电站采用三台混流式水轮机组,水轮机型号为HLD294A-LJ-140,能保证在最低水头59.9m和最高水头69.4m,出力在45% ~100%范围内,以额定转速428.6r/min稳定运行。机组最大转速上升率不超过60%,蜗壳最大压力上升率不超过1.0MPa,吸出高度-2.47m。
该电站机电设备安装由水电六局承包,湖南水电建设监理公司负责监理。安装依据是GB/T8564-2003水轮发电机组安装技术规范和ATS-17中小型立式水轮发电机安装规程(东风电机厂)。
2.1 安装与调试
2.1.1 导水机构
根据GB/T8564-2003水轮发电机组安装技术规范(5.3e)底环、顶盖调整后,对称拧紧安装螺栓,数量一般不少于50%,并应符合表1~表3要求。
存在问题:底环无排水管道,在导叶下轴颈渗漏水增大时,导叶上浮与顶盖抗磨板摩擦,将延缓关机时间,对机组不利。
解决思路:在机组A修时,增加底环排水管,将底环渗漏水排至渗漏集水井。
2.1.2 下机架及定子汞
下机架及定子汞基础出现裂缝,原因是二期预留坑偏小和水泥夯实不到位,存在汞基础不牢固,会造成机组振动和摆度大。
处理方法:定子和下机架基础打孔灌浆,并在实施过程进行旁站监理。
2.1.3 定子
定子现场安装严格按标准和规范进行,具体尺寸详见表1。
表1 甲米河二级水电站3#水轮发电机定子高程记录单位:mm
2.1.4 机组盘车
经过多次的盘车,处理推力头处的绝缘垫,使数据符合规范要求(见图1和图2)。
图1 甲米河二级电站3#机组轴线测定折线(Y表)
图2 甲米河二级电站3#机组轴线测定折线(X表)
2.2 机组试运行与稳定性试验
2.2.1 根据厂家技术要求,整理出甲米河二级电站水轮发电机组轴承间隙,其下导轴承间隙不合理,将导致运行时振动和摆度大(见表2)。
表2 甲米河二级电站水轮发电机组轴承间隙(厂家蓝图) 单位:mm
问题:下导轴承间隙设计不全理——呈大肚型。从表2知上导轴承和水导轴承的总间隙均为0.20mm~0.30mm,而下导轴承的总间隙为0.30mm~0.40mm,是典型大肚型,会造成上导轴承和水导轴承受径向力偏大,而下导轴承受径向力偏小,水导轴承烧瓦的机率就会增加大。
处理方法:经过查阅相关资料和计算,其理由见表3。
表3 甲米河二级电站水轮发电机组示意图相关尺寸说明 单位:mm
根据GB/T15468水轮机基本技术条件和GB/T11348.5旋转机械转轴径向振动的测量和评定,第5部分:水力发电厂和泵站机组,附录A图A.2水力机器或机组转轴相对振动位移峰-峰值推荐评价区域。
GB/T水轮机基本技术条件154685.5.3在正常运行情况下,主轴相对振动(摆度)应不大于GB/T11348.5—2006图A.2中所规定的B区上限线,得振动位移SP-P≤0.24mm,且不超过轴承间隙的75%,得(0.20mm~0.30mm)×75%≤0.225mm。
由以上两条可得,甲米河二级水电站上导轴承、下导轴承和水导轴承的摆度≤0.225mm。
2.2.2 3#盘车数据出来,通过整理分析,并多次与厂家现场代表和主设人员沟通,厂家主设人员重新核算,重新制定了甲米河二级水电站机组轴承间隙值:上导轴承、下导轴承和水导轴承单边瓦隙控制为0.1mm~1.15mm,为了避免水导瓦温高,水导单边瓦隙放大到0.13mm。
2.2.3 四川中鼎公司分别于2013年7月13日、7月14日和7月17日,对甲米河二级水电站三台水轮发电机组做了动平衡试验,三台机组均未配重,都符合相关规范要求(详见图3和图4)。
图3 甲米河二级电站3#机组摆度变化折线
图4 甲米河二级电站3#机组振动变化折线
2.2.4 机组甩负荷试验数据分析
存在问题:3#机组甩100%负荷时,机组过速(140%)停机(即转速上升率过高)。其分析详见图5和图6。
解决思路:因3#机组甩满负荷时转速上升率19.40%,而国标可达45.00%之间有25%上升空间(1#机组甩满负荷时转速上升率26.15%,而国标可达45.00%之间有18%上升空间、2#机组甩满负荷时转速上升率27.27%,而国标可达45.00%之间有17%上升空间),将机组导叶关闭时间从现在的10.2s适当调短(根据调保计算),这样可避免带100%负荷时,出现机组甩停的现象,并减小机组轴承的磨损。
图5 3#机组甩负荷试验机组转速上升率与蜗壳水压上升率关系
图6 3#机组甩负荷试验机组频率与导叶关系
2.2.5 机组72h试运行
由于前期控制,三台机在11月08日17∶05至11月14日18∶06相继完成72h带负荷试运行,均一次试运行成功。
3.1 机组固定部分安装严格按规范进行监控。如,要求进行下机架及定子基础打孔灌浆处理并得到落实。
3.2 机组转动部分做好盘车工作,作好每一次盘车数据的分析。如3#机盘车达10d共获6次数据,进行整理和分析,并认真研磨绝缘垫和调整轴瓦,直至合格。
3.3 重新设定机组下导轴承间隙
根据GB/T154685.5.3,在正常运行情况下,主轴相对振动(摆度)应不大于GB/T11348.5-2006图A.2中所规定的B区上限线,且不超过轴承间隙的75%。与制造厂主设人员进行多次沟通协商,将下导轴承总间隙从0.30mm~0.40mm变为0.20mm~0.30mm;水导轴承总间隙从0.20mm~0.30mm变为0.26mm~0.30mm。
3.4 三台机组一次启动成功
经中鼎公司动平衡试验,三台机组均未配重,顺利通过了空载、升速等试验,并符合国家规范要求。
3.5 存在问题和解决思路
底环无排水管道。建议在机组A修时,增加底环排水管,将底环渗漏水排至渗漏集水井。
机组甩100%负荷时停机。建议根据调保计算,将机组导叶关闭时间从现在的10.2s适当调短,可避免甩带负荷时出现停机现象,并减小机组轴承磨损。
〔1〕商 舸,王 冰,黄奋杰.长江三峡水电站水轮发电机组若干技术问题.现代水力发电机组工程应用和研究.北京:中国电力出版社,2007.