糯扎渡水电厂大型机组顶盖取水试验

Huadian Technology

华电技术

Vol.38 No. 11 Nov. 2016

糯扎渡水电厂大型机组顶盖取水试验

李政，燕翔，王选凡

(华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡水电厂，云南普洱665005)

摘要：以华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡水电厂为例，介绍了大型水电机组顶盖取水试验的措施和方法,在试验 过程中解决了一些难题，使试验取得了成功，可为同类机组开展相关试验提供参考。关键词:水电厂;大型机组;水轮机;顶盖取水;冷却水;取水试验中图分类号:TV 734.1

文献标志码：B

文章编号：1674 -1951(2016)11 -0007 -04

1电站概况及机组主要参数

华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡水电厂

水[1]，未作机组冷却用水时，顶盖漏水经三通阀或 顶盖泄压安全阀排到尾水。采用顶盖取水时，需将 三通阀切至供水位置，并且须将顶盖泄压安全阀设 定，保证不排水或排出部分适宜的水量。

11电站概况

(以下简称糯扎渡水电厂）位于云南省普洱市思茅 区和澜沧县交界处，是澜沧江中下游河段梯级规划

“二库八级”电站的第5级，电站装机容量为5 850 M W,是澜沧江上最大的电站。

电站机组采用单元冷却供水方式，一种为顶盖 取水，另一种为离心水泵从尾水出口取水，设计以顶 盖取水为主用，离心水泵取水为备用。但顶盖取水 为试验项目，设计要求在电站机组投产后进行试验， 取得成功后才能作为主用取水方式。国内电站在大 型机组中开展了一系列顶盖取水试验，但真正成功 投人运行的极少。1.2机组主要参数

电站安装有9台650 MW水轮发电机组，其中3 台水轮机型号为HLV135 - U - 741，其余6台水轮 机型号为HLA956 - LJ - 720;机组额定水头187 m， 最小水头152 m,最大水头205 m。

自2012年9月首台机组投产至2015年12月， 所有机组一直采用离心水泵供水，机组冷却用水设 计参数为：发电机上导轴承，50 m3/h，0. 20 ~ 0.40 MPa;发电机推力轴承，400 m3/h，0. 20 ~ 0. 40 MPa; 发电机下导轴承，80 m3/h，0. 20 ~0. 40 MPa;发电机 空气冷却器，1 200 m3/h，0. 20 ~ 0. 40 MPa;水轮机水 导轴承，80 m3/h，0. 20 ~ 0.40 MPa。以上5项合计 1 810 m3/h,供水系统如图1所示，图中1,2为顶盖 泄压阀，3为三通阀。

顶盖取水为技术供水的试验性方案，如果试验 取得成功，可作为机组主用供水水源。其最大的优 点是节能[2]，目前电站单台机组离心水泵供水日均

消耗7 000 MW • h，耗能严重，对顶盖取水投入的要 求尤为紧迫。此外，顶盖取水还具有水质好、水压稳 定的特点。

2.3试验前的准备工作

(1) 检查顶盖泄压排水安全阀，并确认其工作正常[3]。

(2)

对顶盖泄压排水阀体进行检查，确认阀

2

2.1

顶盖取水试验

试验原理

顶盖取水采用的是顶盖与转轮上迷宫环的漏

主件功能正常。(3) 在停机状态下，检查机组顶盖取水电动通阀动作的灵活性，手动、自动各切换3次。

(4)

轴瓦温度过高时能启动停机流程[3]。(5) 确认机组顶盖供水总阀在“全开”位。

确认各轴承轴瓦温度信号回路正确，保

收稿日期：2016 -07 -29;修回日期：2016 -09 -10

华电技术第38卷

(6)将空气冷却器供水总阀打开20%左右，将 空气冷却器排水总阀开至“全开”位[2]。()校准有关表计及信号器，要求指示准确[3]。

(8) 其他操作按手动开机准备，记录各部起始温度[3]。(9)

其余轴承瓦温升高在1.0 °C以内。

(7)将顶盖取水方式切换为水泵供水方式，切 换过程正常，各参数与先前水泵供水方式开机时基本一致。

2.4.2空载下的试验

(1)

规定判断时间内流量和压力未达到设定值，导致自

安排专人监视、记录水机室外技术供水管 机组以顶盖取水方式开机，开机过程中

路各部轴承进水压力、空冷器进水压力及流量。

动切换三通阀位置并启动水泵供水。开机完成后， (10) 安排专人监视、记录顶盖取水供水压力及

流量，压力以0• 20 ~ 0. 45 MPa为宜，流量不低于 人为切换至顶盖取水方式。1 500 m3/h。

()调速器切至自动控制方式运行，机组自动 (11 )安排专人监视、记录各部轴承温度及发电 机冷、热风温度。

(12)安排专人在机组振摆保护盘柜监视、记录 机组振动摆度值。

(3)

保持试验区域内通信畅通。安排应急人

员监视并听从指挥进行相关的紧急操作。计算机监

控系统现地控制单元（LCU)柜、机械制动柜、筒阀控 制柜、发电机出口断路器（GCB)开关、调速器电气 柜、励磁柜、高压油顶起装置、调速器机械柜、技 术供水系统各安排1人，进水口事故间门操作 室2人。2.4

第1阶段试验及结果

试验目的为检验电站机组顶盖取水的适用性， 考虑到同类型机组的小湾和梨园电站存在顶盖取水 流量较低的情况，为保证供水流量[4]，糯扎渡水电 厂选取在较高水头下首先开展顶盖取水试验，试验 对象为#3机组，运行水头193 m。2.4.1

手动开机操作

(1)开机准备工作完成后，手动开机到额定转 速，机组空转运行，记录各部轴承水压、机组各部温 度[3]，水泵供水总流量为2 114 m3/h，压力为0.42 MPa。

()待机组各部温度稳定后，停运技术供水泵， 切换为顶盖取水供水方式。首先将顶盖取水电动三 通阀切至顶盖取水位置，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。

()因无法确切地检查到顶盖泄压安全阀的动 作情况，人为控制泄压阀的排水量，稳定后顶盖取水 总流量1 872 m3/h,压力0. 36 MPa,均满足要求，但

略低于水泵供水相关参数。

(4) 若有必要，可尝试通过逐步打开空气冷却 器供水总阀的方式保证其余各轴承的供水流量、压 力满足要求。

()各部分温度稳定且无继续升高现象，机组 运行30 min后方可继续下一步试验。

(6)试验发现推力瓦温较水泵供水升高3.4 °C，

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。

(3)机组正常运行约30 mi后，进行带负荷

试验。

2.4.3并网带负荷试验()机组并网带2 MW负荷运行，记录各部水 压、各轴承温度、空冷器冷/热风温度，若供水压力在 0. 30 ~0.50 MPa，稳定运行30 mi后开始增加负荷。

(2)

按 50, 100, 150,200,250, 300,350,40

450，500，550，600，650 MW等负荷点进行试验，各负 荷点停留10〜30 mi不等，记录相关参数见表1。 2.4.4

试验结果

(1) 机组空转时顶盖取水的流量和压力已达

水泵供水时的90%，当机组负荷100 MW时，顶盖取 水和水泵供水各参数基本一致。负荷650 MW时， 其流量和压力是水泵供水下的115%和126%，关键 参数达到顶值。但因试验中顶盖泄压阀无法实现自

动控制，以上数据需进一步验证。

(2) 试验时各导轴承温度变化比较平稳，荷增加，取水流量加大，其温度呈下降趋势；推力瓦 温随机组负荷呈上升趋势，650 MW时短时间达到了 75. 0 C，人为调控顶盖泄压安全阀后，推力瓦温度 稳定在 74.0 ~ 75.0 C。

(3)

顶盖泄压安全阀动作值为0. 50 MPa，中达到0. 55 MPa仍未动作，人为立即干预使安全阀 动作泄压排水，此时机组负荷250 MW。

(4)

机组振摆参数未见明显差异，最大负荷

顶盖抬升量为0. 55 mm,未超过规定值。

当前水头下，机组具备顶盖取水功能投入的条

件，但需在低水头下进一步验证。2.5第2阶段试验及结果试验目的为检验低水头下机组顶盖取水的范 围，检验不同机组间顶盖取水适用范围的差异，进一 步检验控制系统和开机流程进行完善后的效果。试

验运行水头165 m，当时机组负荷最高550 MW，选取 #2 机组进行试验。

随试

第11期李政,等：糯扎渡水电厂大型机组顶盖取水试验

表1

第1阶段试验相关参数

顶盖供水管

最高温度

上导瓦41.242.743.043.243.243.443.243.343.243.343.243.143.143.143.143.4

下导瓦37.738.538.738.738.638.438.338.238.438.338.338.338.338.138.138.0

• 9 •

机组出力

/MW

技术供水总管

流量/(3 • -1)

/C

水导瓦43.746.046.347.047.046.346.346.347.047.446.947.846.546.346.144.9

mh

压力

/MPa

压力

/MPa

顶盖抬升量

0.370.380.380.380.420.440.450.450.440.460.470.490.490.510.520.55

/mm

推力瓦69.970.170.770.972.072.472.972.572.872.873.073.173.273.473.174.4

空转空载2050100150225300350440450555600650

1889189619351992210321682235228621222129217021772173196121802428

0.380.380.390.390.410.440.450.470.430.430.450.430.450.400.450.53

0.390.390.400.390.420.440.450.490.440.430.460.440.450.400.450.53

2.5.1试验前进行设备改造和系统完善

(1)顶盖泄压阀控制系统改造。原控制管路为 DN20 mm铜管，管路设有1个安全阀、3个铜质手动 阀、1个压力表等，具有手动泄压、控制水腔排出、顶 盖泄压主阀打开，以及实现顶盖漏水排至尾水的功 能。考虑到铜质控制管路管径小、容易堵塞，为确保 功能完好和便于自动监控，现场更换了新安全阀、管 路由铜管更换为高压软管、增设压力表和压力变送 器、增设电动球阀、铜质手动球阀更换为不锈钢球阀 等，并将压力信号送至机组技术供水控制柜，再送至 监控系统，同时在监控系统增加顶盖压力高、顶盖泄 压阀的排水电动阀故障报警等信号。

()三通阀控制功能改造。顶盖取水压力高并 达到泄压安全阀动作值，顶盖水从泄压阀排出。对 三通阀控制功能进行改造，使其能够将三通阀自动 切换至排水位，满足离心水泵启动的逻辑判据，为应 急情况下技术供水切换至水泵供水奠定基础。

(3)设备定值修改。因机组开机至空转和停机 过程中，顶盖取水压力和流量较小，将总管压力低及 流量低、各冷却水用户的流量低报警值适当调低。2. 5. 2 #2机组顶盖取水试验过程

(1)模拟机组开机过程中，三通阀在排水位置 无法动作，技术供水方式由顶盖取水切至水泵供水 开机。

()机组由顶盖取水方式自动开机至空转，机 组空转下模拟顶盖取水压力高（大于0. 50 MPa)三

通阀动作，技术供水方式由顶盖取水切换至水泵供

水方式进行试验。

(3)

通阀动作，技术供水方式由顶盖取水切换至水泵供

机组空转下模拟技术供水流量或压力低

水方式试验。

(4) 机组顶盖取水并网带负荷试验，负荷点照第1阶段试验选取，空转时2种供水方式对比，顶 盖取水时总取水流量下降1 159 m3/h、压力下降 0.25 MPa，推力瓦温上升0. 4 °C ;带负荷时，机组振 摆情况良好，未见明显变化，其余试验数据见表2。 2.5.3试验结果

(1) 低水头下，机组空转的顶盖取水流量及力在较高水头时下降明显（流量84 m3/h，压力 0.21 MPa)，各导轴承和推力瓦的温度较水泵供水差 异在1.0 C以内，变化不明显。

(2)

机组负荷达到20 MW时，顶盖压力超过0. 50 MPa， 顶盖泄压阀动作开启泄压，但需避免两路顶盖泄压 阀相同定值导致的泄压时管路共振问题。

()带负荷时，供水流量最高2 01 m3/h，压力 最大0.48 MPa，上、下水导轴承瓦温上升不明显，推 力轴承瓦温上升明显，顶盖取水流量和压力随着机 组负荷的增加而逐步上升。

()最大负荷时，相关测值均达到顶值，推力温 度为76.1 C，超过原设定报警值75. 0 C，后期调整 报警温度为80. 0 C。

顶盖泄压阀改造成功，实现自动控制启

•10 •

表2

机组出力/

华电技术

第2阶段试验相关参数

各瓦最高温度

上导47.547.747.847.947.947.747.747.747.747.847.848.0

下导43.443.443.443.242.741.641.641.641.841.741.941.8

推力70.170.170.470.672.274.574.674.874.975.175.376.1

水导57.557.557.857.656.855.055.355.055.154.655.255.2

取水管0.220.220.250.270.390.430.440.460.470.470.440.48

顶盖压力/

第38卷

MW

205010020025300350

总管流量/ (3 • _1 )

84510631161129 017111884189619442017198118791995

总管压 力

MP;a

#2 泄压阀0.240.290.30.330.480.50.520.530.520.540.530.55

顶盖抬升

量/

mh/MPa

#1泄压阀0.240.270.290.30.460.500.50.520.50.530.520.52

mm

空转

0.210.220.250.270.390.430.430.450.470.470.440.48

0.060.0. 20. 30. 40. 60. 70. 80. 90. 90.200.20

400450555

(5) (6)

顶盖取水机组低水头下400 MW、高水头下 功能投入的机组，自2016年6月1日以顶盖取水方

式开机成功并运行以来，已持续运行近40天，机组 盖取水功能，促进了该技术在国内的推广应用。

(2)顶盖取水技术在糯扎渡水电厂的应用，是 该技术应用于大型高水头机组的又一突破，1个多 月的运行实践证明，顶盖取水在全负荷段均能满足 机组冷却水量和水压的要求，节能作用明显。参考文献：

[1 ]马彩萍,刘国锋.卧龙台水电站顶盖取水技术特色[J ].

西北水电,2005(3) :42 -45.

[2] 武赛波.顶盖取水技术在天生桥一级电站的应用[J].云

100MW时与离心水泵供水流量相当。围内，未见明显异常。

()顶盖取水时，转轮与顶盖之间压力升高，机 组主轴密封漏水有一定增加，统计发现顶盖排水泵 每日启动次数由22次增加到25次左右，需加强对 顶盖排水泵的日常监视。2.6第3阶段试验及结果

该阶段试验目的是为顶盖取水投入长期运行积 累经验，检验机组运行中调整负荷对顶盖泄压安全 阀的影响，并进一步完善设备定值。在#4机组进行 试验，试验水位04 m。

(1)

MPa调整为0. 15 MPa，将技术供水流量低定值由 1 499 m3/h改为500 m3/h;为避免开机过程中由于 导轴承流量低而造成开机失败，将上导流量低定值 调整为额定流量的10.0%，下导和水导流量低定值 调整为额定流量的22.5%，推力流量低定值调整为 额定流量的20.0%。

(2)

运行状况良好;在后续的#4, #5, #8机组上投入顶 全负荷段，机组各部位振摆值均在允许范

试验前将机组技术供水压力低定值由0. 2 南水力发电,2002,18(1) :3-86.

[3] 朱丽辉，武赛波.小湾水电站顶盖取水试验研究[].大

电机技术,2013(2) :3 -66.

[4] 张奇.顶盖取水作为机组技术供水的不适性研究[J].华

电技术,2015,37(9)17 -18,21.

[5 ]郑昌银，李涛.木座水电站机组顶盖取水问题探讨[J].

四川水利,2009,30(1) :31 -32.

机组带负荷时多次增减负荷，检验顶盖泄

(本文责编：白银雷）

压安全阀的动作和复位情况[5 ]，记录相关的运行 参数。

()试验结果表明，机组以顶盖取水方式开机 成功，并能长期带负荷运行，顶盖泄压安全阀动作和 复位功能正常。

作者简介：

李政（1982—）男，云南玉龙人，工程师，从事生产技术 管理方面的工作（E-mail :willfulman@ 163. com)。

燕翔（1985—），男，湖南桃源人，工程师，从事生产技术管理方面的工作（E-mail:158401403@qq. com)。

王选凡（1988—），男，云南砚山人,工程师，从事机电设 备管理方面的工作（E-mail:71260365@qq. cm)。

3结论

(1) #2机组作为糯扎渡水电厂首台顶盖取水