1概況
東江水電站位于湘水支流耒水中上游,控制流域面積4719km2,以發(fā)電為主,兼有防洪、航運(yùn)和工業(yè)用水等綜合效益。安裝4臺(tái)機(jī)組,于1987年11月首臺(tái)機(jī)組發(fā)電,在系統(tǒng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰和事故備用任務(wù)。由于機(jī)組投產(chǎn)以來,振動(dòng)非常大,不僅不能調(diào)頻,而且嚴(yán)重威脅發(fā)電和水工建筑物安全,因此,我廠計(jì)劃五年內(nèi)完成4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組減振增容改造,3號(hào)機(jī)組屬首臺(tái)改造項(xiàng)目。2002年7月1日,3號(hào)機(jī)減振改造主體工程正式開工,通過半年的努力,3號(hào)機(jī)于2003年1月8日上午10時(shí)通過72h試運(yùn)行,標(biāo)志著其主體工程全面竣工。
2原電站存在的主要問題
東江水電站原機(jī)組是容量為125MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組,轉(zhuǎn)輪型號(hào)HL160-LJ-410。原機(jī)組投產(chǎn)以來,相繼發(fā)生水輪機(jī)振動(dòng)、轉(zhuǎn)輪葉片大量裂紋且頻繁出現(xiàn)、上冠下環(huán)空蝕嚴(yán)重、尾水管里襯撕裂、十字補(bǔ)氣架脫落、尾水進(jìn)人門開裂、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)連臂松動(dòng)、水導(dǎo)軸承松動(dòng)、導(dǎo)瓦間隙增大、大壩裂紋等重大問題。
2.1水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的主要原因
�。保┧啓C(jī)設(shè)計(jì)選型不當(dāng)。大東江機(jī)組運(yùn)行水頭范圍為81m~139m,水頭變幅過大。額定水頭為118.5m,而原機(jī)型最優(yōu)工況的設(shè)計(jì)水頭104m,在120m以上水頭運(yùn)行,水輪機(jī)存在較大不宜運(yùn)行工況區(qū)。2)機(jī)組轉(zhuǎn)速選擇偏低。東江機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速因歷史原因選用166.7r/min,在高水頭段遠(yuǎn)離最優(yōu)工況,致使轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流沖角較大,水流對(duì)葉片頭部形成撞擊,并產(chǎn)生復(fù)雜的高頻或中頻水壓脈動(dòng)。3)制造質(zhì)量差。轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口節(jié)距誤差大,最大為14.2%(標(biāo)準(zhǔn)為3%);葉片焊接時(shí)安放角度位置有偏差,而異種鋼焊接工藝質(zhì)量又得不到保證,加劇了機(jī)組的振動(dòng)和破壞。
2.2定子鐵芯松動(dòng)原因
�。保┲圃熨|(zhì)量先天不足。鐵芯沖片材質(zhì)選擇不當(dāng),本身不平度大,而且漆膜熱收縮量大;齒壓條剛度不夠,不能克服齒部散張問題。2)鐵芯壓裝置不合理。如何保持鐵芯的壓緊力,并補(bǔ)償鐵芯長時(shí)間運(yùn)行后產(chǎn)生熱膨脹變形沒有采取有效措施。3)安裝工藝質(zhì)量存在問題。小齒壓板和壓指高差超標(biāo),造成鐵芯波浪度在運(yùn)行中增大。4)水輪機(jī)的強(qiáng)烈振動(dòng)是加劇定子鐵芯松動(dòng)的外因。
2.3大壩異常振動(dòng)的原因
引起大壩異常振動(dòng)的振源來自水輪機(jī)�,F(xiàn)場測(cè)試發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)在振動(dòng)區(qū)運(yùn)行存在一振動(dòng)頻率接近大壩自振頻率,形成共振的條件。初步測(cè)試得出大壩引水背管不是引起大壩異常振動(dòng)的振源。
3減振增容改造過程
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和對(duì)國內(nèi)改造機(jī)組考察分析,認(rèn)為對(duì)東江機(jī)組采取葉片修型、改造泄水錐和強(qiáng)迫補(bǔ)氣等方法都不能根本消除機(jī)組振動(dòng)。解決東江機(jī)組嚴(yán)重缺陷和減輕大壩異常振動(dòng)的有效途徑是重新進(jìn)行水輪機(jī)水轉(zhuǎn)輪的水流設(shè)計(jì),重新設(shè)計(jì)并徹底翻新定子,將減振改造放在首位,兼顧增容。
3.1前期準(zhǔn)備工作
�。保梗梗纺辏乖轮粒保梗梗鼓辏吃拢A中理工大學(xué)、湖南省電力試驗(yàn)研究所、武漢水利電力大學(xué)和東江水電廠對(duì)機(jī)組及大壩振動(dòng)進(jìn)行了較全面的試驗(yàn)研究,共進(jìn)行了16臺(tái)次的真機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、大壩振動(dòng)試驗(yàn)、機(jī)組振動(dòng)與大壩振動(dòng)關(guān)系試驗(yàn)等,分析了機(jī)組振動(dòng)和大壩振動(dòng)的原因;1999年4月28日由湖南省電力公司在東江水力發(fā)電廠主持召開“東江水輪發(fā)電機(jī)組減振改造研討會(huì)”;1999年11月19日,由湖南省電力公司在長沙主持召開了“東江水輪發(fā)電機(jī)組減振改造安全技術(shù)論證會(huì)”,與會(huì)專家就東江水輪發(fā)電機(jī)組減振改造安全技術(shù)論證進(jìn)行了深入討論;東方電機(jī)股份有限公司通過投標(biāo)于2001年2月7日與湖南東江水力發(fā)電廠簽訂了機(jī)組減振改造合同。
3.2改造方案
東江水力發(fā)電廠與國內(nèi)外專家在反復(fù)研究論證的基礎(chǔ)上,一致認(rèn)為:在對(duì)機(jī)組實(shí)施減振改造過程時(shí),要在滿足東江現(xiàn)有流道條件下,所選用的新轉(zhuǎn)輪一定要達(dá)到減振的目的,同時(shí)要將提高機(jī)組效率、提高電站調(diào)峰容量、減少導(dǎo)葉漏水、實(shí)現(xiàn)調(diào)相運(yùn)行有機(jī)結(jié)合,并且要避開大壩固有頻率以避免產(chǎn)生大壩共振;在實(shí)施減振改造中,仍應(yīng)注意采取諸如補(bǔ)氣消渦等措施,以達(dá)到綜合治理振動(dòng)問題的目的。同時(shí)在定子改造中,電機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮機(jī)組適應(yīng)調(diào)峰和調(diào)相運(yùn)行的工況,特別應(yīng)采取措施降低端部漏磁。
在多個(gè)方案中推薦選擇機(jī)組不變轉(zhuǎn)速的方案。水輪機(jī)不能套用現(xiàn)有轉(zhuǎn)輪型號(hào),應(yīng)設(shè)計(jì)適合東江運(yùn)行情況的轉(zhuǎn)輪。發(fā)電機(jī)只改造定子,不改造轉(zhuǎn)子。東方電機(jī)股份有限公司水輪機(jī)技術(shù)部門根據(jù)合同的技術(shù)協(xié)議要求,結(jié)合電站的具體實(shí)際參數(shù),將減振改造放在首位,兼顧增容,用目前世界上最先進(jìn)的CFD技術(shù)進(jìn)行水力優(yōu)化設(shè)計(jì),通過模型試驗(yàn)最終確定HLD312-LJ-423.1型立軸混流式水輪機(jī)。3.3改造內(nèi)容
1)水輪機(jī)改造內(nèi)容:轉(zhuǎn)輪裝配(含泄水錐、聯(lián)接螺栓、螺母、銷釘?shù)龋�;主軸密封(包括檢修密封)及相應(yīng)的管路和表計(jì);頂蓋(含固定止漏環(huán)、真空破壞閥);底環(huán)及基礎(chǔ)環(huán);導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部件(拐臂、連桿、連桿銷);導(dǎo)葉上、中、下軸套及套筒;導(dǎo)葉;補(bǔ)氣裝置;與改造有關(guān)的座環(huán)底部;與改造有關(guān)的尾水管里襯;2)發(fā)電機(jī)改造內(nèi)容:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子保留,定子全新拼裝,包括發(fā)電機(jī)的定子機(jī)座、定子鐵芯、定子線棒等,新定子直徑近10m、重量近250t。
4效益分析
4.1減振效益
由東江水電廠、東方電機(jī)廠、湖南省電力試驗(yàn)研究所三個(gè)單位組成的驗(yàn)收組,對(duì)3號(hào)機(jī)穩(wěn)定性和機(jī)組效率及出力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收。將機(jī)組工況分別穩(wěn)定在:空載、10MW、20MW、……、130MW、滿負(fù)荷,每個(gè)工況點(diǎn)穩(wěn)定5min~10min,待機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后,用測(cè)試儀錄下機(jī)組各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)、脈動(dòng)以及噪聲情況。
在試驗(yàn)過程中,安排專人監(jiān)視機(jī)組的負(fù)荷、水位變化情況,詳細(xì)記錄與試驗(yàn)有關(guān)的背景參數(shù),如:機(jī)組各導(dǎo)軸承的調(diào)整間隙值、主軸軸線偏差值、各穩(wěn)定工況下的導(dǎo)葉開度、實(shí)際負(fù)荷、上下游水位、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等。
通過鑒定,在水輪機(jī)室靠機(jī)坑里襯腳踏板上方1m處、距尾水管和蝸殼進(jìn)入門1m處、距補(bǔ)氣裝置1m處的噪音均小于85dB;在正常運(yùn)行工況下發(fā)電機(jī)上機(jī)架的水平方向雙幅振動(dòng)量小于0.12mm,在對(duì)稱負(fù)載下,定子鐵芯100Hz的雙幅振動(dòng)值小于0.01mm,機(jī)組穩(wěn)定性指標(biāo)完全滿足合同要求。這不僅使機(jī)組能更好的調(diào)頻調(diào)相,改善電網(wǎng)電能質(zhì)量,而且提高機(jī)組健康水平,保護(hù)水工建筑物安全。
4.2經(jīng)濟(jì)效益
通過實(shí)驗(yàn)鑒定,機(jī)組容量由125MW增加到145MW,提高了機(jī)組調(diào)峰能力,機(jī)組效率也比改造前有很大提高。以機(jī)組在水頭130m、出力125MW運(yùn)行為例,機(jī)組效率由0.873增加到0.93,過機(jī)流量由114m3/s減少到106m3/s,發(fā)電耗水率由3.3m3/kW·h減少到3.05m3/kW·h。如果4臺(tái)機(jī)都改造以后,僅此一項(xiàng)多年平均電量增發(fā)0.9億kW·h;特別是在防汛緊張期,滿負(fù)荷發(fā)電流量由原來的456m3/s增加到500.8m3/s,減少棄水,提高水量利用率,極大提高我廠的經(jīng)濟(jì)效益和防洪效益。
5結(jié)束語
東江機(jī)組減振增容改造工程是一項(xiàng)具有開創(chuàng)性和富有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)工程,這樣大規(guī)模的機(jī)組改造是我省水電機(jī)組改造史上的第一次。沒有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),全靠自己來摸索,在工作中遇到了許多意想不到的困難與難關(guān)。我廠技術(shù)人員和檢修人員在挫折面前不氣餒,困難面前不低頭,發(fā)揚(yáng)了勇猛頑強(qiáng)、連續(xù)作戰(zhàn)、敢打敢拼的優(yōu)良作風(fēng)。精心組織施工,嚴(yán)格質(zhì)量管理,嚴(yán)肅安全紀(jì)律。經(jīng)過不懈的努力,按照預(yù)期目標(biāo)完成了3號(hào)機(jī)改造任務(wù),這標(biāo)志著東江電廠機(jī)組檢修安裝水平達(dá)到一個(gè)新的高度。
東江水電站3號(hào)機(jī)減振增容改造,從立項(xiàng)到竣工歷時(shí)5年,不僅提高了機(jī)組安全水平和經(jīng)濟(jì)效益,還為今后其它機(jī)組改造積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。