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巨型混流式水輪發電機組檢修排水方式探討

文檔作者：吳洪飛，姚登峰，李延舟文檔來源：向家壩水力發電廠		點擊數：	更新時間： 2025年05月30日
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第35卷第5期 水電站機電技術
2012年10月 Mechanical＆Electrical Technique of Hydropower Station
V0I_35 No．5
Oct．2012 21
巨型混流式水輪發電機組檢修排水方式探討
吳洪飛，姚登峰，李延舟
(向家壩水力發電廠，四川宜賓644612)
摘要：結合向家壩水電廠水輪發電機組引水系統的特點，對巨型混流式水輪發電機組壓力鋼管的排水方式進行了
探討，并從運行操作的安全角度給出了方式選擇建議。
關鍵詞：巨型；水輪發電機組；壓力鋼管；排水
中圖分類號：TK730．8 文獻標識碼：B 文章編號：文章編號：1672—5387(2O12)05—0021—03
1引言 2 向家壩水電廠機組引水系統介紹
在混流式水輪發電機組檢修時，若水輪機部件
或調速器有工作，不僅需要落下上游擋水閘門，還需
排除壓力鋼管內積水，使蝸殼與下游平壓。巨型混流
式水輪發電機組的壓力鋼管長度長，內徑大，壓力鋼
管內積水多。如何安全、快速地排除其內部積水，需
要進行不斷的探索。
向家壩水電站共安裝有8臺800 WM的混流式
水輪發電機組，其中左岸壩后電站為1號～4號機
組，采用一機一壓力鋼管引水方式；右岸地下電站為
5號～8號機組，采用采用一機一引水隧洞引水方
式。向家壩電站機組壓力鋼管(引水隧洞)的參數如
表1所示。
表1向家壩水電站壓力鋼管(引水隧洞)參數表
3機組檢修時壓力鋼管排水方式
3．1通過技術供水系統排水
當機組的技術供水系統采用蝸殼取水方式時，
可以通過技術供水系統排除壓力鋼管(引水隧洞)內
積水。此方式是在機組停機并落下上游擋水閘門后，
打開技術供水系統的相關閥門，壓力鋼管(引水隧
洞)內積水經過蝸殼、通過技術供水系統管道排至下
游尾水。其典型的水流示意圖見圖1。
如圖1所示，利用水位高度差，壓力鋼管(引水
隧洞)內積水通過自流方式，經過蝸殼取水口、技術
供水系統的濾水器、減壓閥、電動閥，最后排至下游
尾水。
向家壩電站技術供水系統的設計額定流量為
2 308 m ，因此壓力鋼管(引水隧洞)從開始排水到
積水排完，需要的時間約為至20 h(8FB)、17．5 h
圖1通過技術供水管道排水示意圖
收稿Et期：2012—07—19
作者簡介：吳洪~(1980一)，男，工程師，從事水電站運行管理工
作。
萬方數據
水電站機電技術 第35卷
(7FB)、13．0h(6FB)、10．8h(5FB)、7．0h(IFB～4FB)。
通過技術供水系統排出壓力鋼管(引水隧洞)內
積水，操作簡單，風險小，但是排水時間長，蝸殼內還
會剩余較多的余水，延遲蝸殼排水(開啟蝸殼和尾水
盤型閥經檢修集水井排水)的時間。
3．2在停機過程中排水
此方式是先將機組從并網狀態調整到空轉狀態
后，先人為啟動機組高壓油減載系統，再人為發令快
速落下機組上游快速門，在機組停機過程中將壓力
鋼管(引水隧洞)內積水經過導葉排至下游。在發快
速門快閉命令前，應先屏蔽相應事故控制流程，防止
由于陜速門下降到事故位后啟動快速停機流程而過
早關閉導葉，從而無法將壓力鋼管(引水隧洞)內積
水有效排出。在發令快速落門后應密切監視機組導
葉開度和轉速，在適當時機(如轉速接近50％額定
轉速時)人為按下緊急停機按鈕使機組停機和關閉
導葉，并應根據情況在適當時機手動幫助投入機組
制動風閘。
此排水方式利用機組停機過程同時快速落下機
組快速門，排除壓力鋼管(引水隧洞)內部積水，速度
很快，但是快速門在動水落門過程中容易在快速門
泵房等處產生負壓，危及設備安全；此外按緊急停機
按鈕的時機難掌握，對操作人員的要求高，操作風險大。
3．3 自動開機方式排水
機組正常停機后，人為操作落下機組上游快速
門并做好防動措施，聯系相關維護人員解除快速門
全關閉鎖開機條件，然后發令開機至“空轉”令，由于
機組快速門在落下狀態，機組快速停機流程會啟動，
機組又快速停機。在發令機組空轉之前，應該先啟動
機組水導泵、液壓系統、高壓油泵等設備；快速停機
流程啟動后，應密切關注個輔助設備動作情況，必要
時手動干預。
如果機組快速停機流程沒有啟動，則要立即手
動啟動停機流程。
如果機組檢修門落下，發令機組空轉后，監視機
組轉速和蝸殼壓力，轉速下降到50％左右時手動啟
動緊急停機流程。也可以不發機組緊急停機令，讓機
組轉速自由下降至15％m~手動投入風閘。
此種方式利用機組導葉“開— —關”過程中排除
積水，速度較陜，對操作人員要求較高，有較大的風險。
3．4手動開導葉排水
此種方式是在機組停機并落下上游門后，現地
手動操作導葉，將其開至一定的開度排除壓力鋼管
內積水。
3．4．1導葉較大開度排水
導葉開度較大(如10％)時，由于壓力鋼管(引
水隧洞)內有積水，機組會轉動起來，因此在操作導
葉前應將水導泵、高壓油泵先手動啟動，根據調速器
壓油罐內油位及壓力視情況是否需要啟動液壓系
統，再將調速器控制方式切至現地手動，手動開啟導
葉至10％開度。機組轉動起來后應密切關注轉速，
在轉速下降到15％左右時手動投入制動風閘。
在操作過程中，應控制打開導葉的速度，控制機
組轉動的時間，防止機組較長時間慢速運行。
此種排水方式操作比較簡單，風險也較小。由于
不同機組間的特性差異，以及每次操作人員的經驗、
判斷不同，需要對機組的轉動特性進行不斷摸索，進
行經驗總結，以尋求最優的導葉開度值和開啟時間
控制。
3．4．2導葉小開度排水
這種方式是防止機組轉動的情況下小開度開啟
導葉排水，因此需控制導葉開度，即不能太小以便于
排水，又不能太大防止機組轉動。在操作導葉之前，
應手動投入制動風閘，再將調速器控制方式切至現
地手動，緩慢開啟導葉至3％左右。導葉開度跟每臺
機組的將I生及水頭有一定關關，需在試驗中進一步
確定。
此種方式要嚴格控制導葉開度大小，防止開度
過大發生磨風閘。
3．5 開啟蝸殼盤型閥排水
此方式是開啟蝸殼盤型閥后，壓力鋼管(引水隧
洞)內積水通過蝸殼盤型閥排至下游尾水。
此排水方式需人工手動打開蝸殼盤型閥，由于
此時壓力鋼管(引水隧洞)充滿積水，水壓大，操作蝸
殼盤型閥有較大難度，同時在排水過程中盤型閥振
動和氣蝕嚴重，存在損壞盤型閥密封或閥桿斷裂等
風險。此方式不適用高水頭電站。
4排水方式比較選擇
(1)通過技術供水系統排水，操作簡單，風險小，
但時間相對較長。在例行的年度檢修(合理安排工期)
或對時間要求較松時，應優先采用此種排水方式。
(2)手動開導葉排水要嚴格遵守操作流程步驟，
依賴每位操作員的經驗技術水平。排水(下轉第30頁)
萬方數據
30 水電站機電技術 第35卷
通過有限元法計算出機組最大的集膚效應和鄰
近效應系數在截面3的導體V2上(見圖6、71．銅環
引線的溫升計算是采用局部熱網絡計算方法。導體
處切向的熱流忽略不計。計算結果取決于導體損耗、
導體外形尺寸、肌膚效應和鄰近效應系數(有限元計
算)、風速。銅環處的風速主要取決于上端轉子支架
進風口大小。
圖7向家壩TAH機組匯流環布置圖
計算結果如表4所示：
表4 向家壩TAH機組匯流環發熱計算結果
通過計算可以得出，導體溫度主要取決于通過
銅環引線的徑向風速。向家壩機組的徑向風速受限
于轉子支架進風口的風阻。只有當上端和下端路徑
之間出現不均勻的流量分布時(NDE側風量為
200 m3／s)，銅環引線才會有好的冷卻效果。
5 結語
通過上述對三峽地下電站DEC、HEC機組以及
向家壩電站TAH和HEC機組發電機匯流環的受力
和發熱計算結果進行分析，我們可以清楚的看到，不
同的匯流環布置對發電機匯流環的受力和發熱有重
要的影響，具體可以總結為以下幾點：
(1)在匯流環布置比較密集的區域，其銅環本身
的受力和發熱要遠大于發電機其他區域布置的匯流
環。
(2)在匯流環布置比較密集且通風不暢的區域
發電機匯流環的散熱效果不好，也會導致匯流環溫
度過高的現象。
鑒于此種情況，三峽地下電廠HEC機組已分別
在通風不暢的發電機出口位置以及匯流環布置比較
密集的多個地方布置了光纖測溫裝置，通過實時的
監測來關注匯流環的發熱。另外為了能夠減少銅環
由于熱脹冷縮以及電磁應力過大而影響機組的正常
運行，在向家壩TAH機組發電機匯流環上，采用了
能夠緩解匯流環受力的柔性連接。通過對發電機匯
流環的發熱以及受力問題進行研究分析，可以更好
的了解發電機匯流環的一些潛在的安全隱患，從而
從根本上消除了這些安全隱患，為大型發電機組的
安全可靠運行提供了有力的保障。
參考文獻：
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【2]葉齊政．電磁場[M]．武漢：華中科技大學出版社，2008．
[3】冷紀桐．有限元技術基礎[M]化學_r-,lk出版社，2007．
【4】GB8564—2003．水輪發電機組安裝技術規范fS1．
【51哈爾濱電機廠有限責任公司計算告[R】．OEC．200．0483
(上接第22頁)
較快，風險較高，應少用此方式。
(3)在停機過程中排水和自動開機排水，排水
快，但風險也高，在機組緊急搶修或工期要求很緊時
可以采用此方式。
(4)通過開啟蝸殼盤型閥排水，操作難度較大，
存在設備損壞的風險，此排水方式一般不予采用。
5 結語
巨型混流式水輪發電機組的壓力鋼管(引水隧
洞)排水操作是一項較復雜、難度較大的操作，涉及
到方方面面的工作，但如何確保排水時的安全是操
作的關鍵。電廠應對每種排水方式進行風險分析并
制定相應的操作方案，根據時間緊迫性、風險程度等
情況選擇合適的排水方式。
參考文獻：
[1】孫文，侯明．向家壩水電站超大直徑引水隧洞壓力銅管
制作與安裝U1．水電站機電技術，2011，34(4)：40—42，50
[2】張銀云．湖南鎮電站壓力鋼管停復役操作運行分析卟小
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