大容量高冲击式水轮发电机组设计总结与思考

大容量高冲击式水轮发电机组设计总结与思考

作者：李春华

来源：《房地产导刊》2014年第06期

【摘 要】：本文针对龙胜县南山水利枢纽工程南山一级桥岔水电站在机组试运行过程中出现的问题进行总结，以便对类似机组的设计提供一些经验，并使问题在前期设计阶段引起关注并加以解决。

【关键词】： 冲击式水轮机 高水头 容量大转速高 试运行 问题与思考 1. 前言

龙胜县南山水利枢纽工程南山一级桥岔水电站装机2×30MW，最大毛水头1000m，最小毛水头965m，额定水头950m。压力引水系统总长为3537.66m，厂房内安装2台立轴四喷嘴冲击式水轮发电机组，水轮机型号为CJA237a-L-165/4×9.6；发电机型号为SF30-8/3100；额定转速750r/min。机组从2011年3月开始调试至5月底结束，历时3个月。 2. 机组试运行所出现的问题 2.1 水轮机及其附属设备

南山一级桥岔水电站前池正常水位为1523.00m，喷针中心高程为523.00m，水轮机额定出力为31250KW，试机时水库水位为1504.5m时，水轮机最大出力为32291.67KW。因此水轮机出力完全满足当初招标文件的技术要求。 2.1.1 关于喷针与折向器协联问题

在机组招标文件中要求“调速器直接控制喷针接力器调节机组频率，折向器不参与调节作用，只有当机组转速突增10%（此值可任意整定）后，折向器才迅速投入并切断射流，当转速低于整定值后，折向器又回到初始位置。”但设备制造商提出“由于本电站水头高，为了机组的安全，最后喷针及折向器采用协联。”喷针及折向器结构见下图： 但在实际调整过程中存在下列问题：

（1）由于折向器接力器内置弹簧使折向器具有自关闭，但在设计中由于弹簧的弹力存在误差，再加上滑块及拐臂联接的机械误差造成偏流器行程不一致。

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（2）由于折向器动作快（全行程72mm为1.5～2s），而喷针全行程（80mm）关闭时间为20s。则折向器的动作时间比喷针要快，那么减负荷的过程中就会出现折向器折水，从而造成机组运行的不稳定。

因此在本站最后取消了喷针与折向器的协联。 2.1.2 水轮机轴承油雾溢出问题

油的雾化分两种，一种是在油槽内雾化，另一种是油在滴落过程中（油槽外）雾化。油雾化的有以下几种原因：

（1）油槽内透平油随着机组运转温度随之升高，具备了雾化的可能。本电站水导温度达51.8℃。

（2）本电站由于机组额定转速较高（750r/min），高速旋转的水导轴颈行成高速的环形油流，碰撞、产生油雾。

本电站试机过程中发现大量油雾从补气装置溢出，造成水机室严重污染。发现该问题后厂家提出加高补气装置，以增加油雾的行程而减少油雾溢出。整改后效果不佳。

本人认为在增加补气管高度的同时，应在补气管内设置隔板。这样大大增加了油雾的行程，而且油雾在弯曲行进过程中与隔板碰撞而回落。水导轴承结构及改进后的补气装置详见下图。

2.1.3 喷针操作

由于本站机组水头高，转速也高，因此水轮机机壳及机墩震动较大。而喷针操作沿机墩及机坑进行门布置，喷管布置在机壳上。由于震动使喷针操作接头拉裂，严重影响机组的安全运行。建议从机墩至喷针段改为高压软管连接，使该管段形成一定的自由度。 2.2 发电机及其附属设备 2.2.1 机组动平衡

本电站单机容量较大，转速高。因此机组的动平衡问题不容忽视。试机过程中2台机都进行了配重，其中2号机配重3.2kg，1号机配重23.5kg。本站转子轴和磁轭采用整锻加工而成，因此制造厂在转子制造过程中应该有把握控制机组的不平衡量，以减少现场的工作量。保证机组的安全稳定运行。 2.2.2 发电机上、下导瓦间隙

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本电站发电机上、下导轴承由轴承座、轴瓦、调整螺钉及调整垫片等组成。

通常发电机导轴承轴瓦间隙采用抗振螺丝调整，本站导轴承轴瓦间隙采用调节调整垫片获得所需油膜间隙，上（下）导瓦间隙设计值为0.1mm。具体结构见下图：

在2011年5月17日1号机组配重完毕后进行空载试验，测得上机架垂直振动值为0.005mm，水平振动值为0.01mm。22日进行1号机甩负荷（30MW）试验后开机，空载运行时测得上机架垂直振动为0.015mm，水平振动值为0.06mm。停机检查发现上（下）导瓦间隙变大，造成机组振动增大。上导瓦除+Y方向1块瓦间隙未变外，其余都变大，最大单边间隙为0.3mm。

因此当采用该种结构形式时，制造厂必须要有很高的加工精度，否则垫片数量增多时会影响垫片之间的紧密度，从而不能准确调整导瓦间隙，造成当导瓦受力增大时间隙发生变化，危及机组安全运行。

2.3 调速器及其附属设备 2.3.1 调速器液压控制系统

由于主机方面取消了喷针与折向器协联，因此调速器对喷针及折向器分别设置的操作系统，只有当频率变化超过设定值时折向器投入。 2.3.2 喷针跳动

试机过程中发现1号机3#喷针跳动，跳动量达2%。经检查发现，造成喷针跳动的原因是3#喷针返馈电位器及喷针接力器行程开关屏蔽接地存在电位差，使接地线之间形成环流，造成喷针跳动。经剪断该处接地，保留电器柜端接地后喷针跳动消失。 3. 总结

随着我国水电事业的发展，但冲击式水轮发电机组无论是在理论研究及实际运行都比较欠缺。本人对龙胜县南山水利枢纽工程南山一级桥岔水电站的调试过程中出现的问题与同行进行交流，使设备隐患消除在设计、制造阶段，为今后设备安全稳定运行打下良好基础。同时在设备调试过程中少走弯路，为设备早日投入商业运行创造条件。