天荒坪抽水蓄能电站水泵水轮机

天荒坪抽水蓄能电站

水泵水轮机特点

华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司游光华

浙江安吉313302

摘要天荒坪抽水蓄能电站的水泵水轮机组由挪威KVAERNER公司提供，是我国较早从国外引进的大型可逆式机组，自首台机组投产至今已有7年多。本文总结分析了水泵水轮机7年多的运行中出现了一些问题，以供参考借鉴。

主题词天荒坪抽水蓄能水泵水轮机性能“S”形特性不稳定轴向水推力抬机导叶关闭规律

天荒坪抽水蓄能电站安装有6台300MW水泵水轮机组，为单级、立轴、混流可逆式，额定净水头为526米，运行毛水头（扬程）为526米~610.2米，水轮机安装高程为225米，淹没深度为-70米，是目前国内已投产运行的水头和变幅最大的单级可逆式机组，在国际上也较罕见，为使其达到满意的效率和良好的运行稳定性，设计难度大，没有现成的经验可供借鉴。水泵水轮机的参数如下：

水轮机工况：水泵工况：额定容量：306MW 333MW

最大轴出力（入力）： 338MW 333MW

额定流量：67.7m3/s 58.80m3/s（最大）

43.00m3/s（最小）

额定转速：500RPM 500RPM

旋向（俯视）：顺时针逆时针

转轮水轮机进口直径：4030mm

转轮水轮机出口直径：2045mm

最大瞬态飞逸转速：720 r/min

最大稳态飞逸转速：680 r/min

水泵水轮机及其辅助设备由挪威GE 公司提供。水泵水轮机大修拆卸方式采用中拆方式。首台机组于1998年9月30日投入运行，2000年12月25日所有机组投产，投产以来运行情况表明，机组性能良好，效率较高，但也出现了一些问题，在技术人员的努力下，通过采取措施，相关问题已得到了较好的解决。

1水泵水轮机的性能和结构特点

1.1效率

按照合同规定，水泵水轮机的效率按照模型试验来验收，合同要求水轮机工况的最高效率≥ 92.20％，加权平均效率≥ 90.41％，水泵工况最高效率≥ 91.70％，加权平均效率≥91.52％。根据模型试验报告，水轮机工况的模型最优效率为90.61%，折算为原型其整个运行范围内的最优效率为92.28%，加权平均效率为90.317%，而水泵工况下模型最优效率为89.84%，折算原型最优效率为92.17%，加权平均效率为92.01%，除水轮机工况加权平均效率略低于保证值0.083％外，其余均达到合同要求。为了检验真机效率，我们于2001年5月在5号机组上进行了部分水头（扬程）的热力法效率试验，测得水轮机工况下在试验平均净水头566.23 m时，机组出力为210~304.06 MW,水轮机最高效率为92.11％，相应机组出

力272.00 MW；水泵工况试验平均净扬程为542.09 m，水泵平均效率为88.99％。从上述结果可以看出，水轮机工况的最高效率已接近模型推算值，水泵工况效率偏低，我们认为主要是水泵工况的试验扬程较低所致。因测量范围有限和测量误差，我们不能全面判断最高效率和加权平均效率能否达到模型试验的推算结果，但从多年来的抽水电量与发电电量统计表明，全厂的综合效率接近80%，由此可反映机组的效率比较高。

1.2汽蚀

合同要求水泵水轮机汽蚀量为机组运行3000小时转轮材料的失重量不大于2公斤。据统计，目前失重最多的一台机组运行12000小时，汽蚀补焊焊条约4.0公斤，汽蚀性能优于合同规定。我们现场检查发现，汽蚀一般发生在转轮叶片的水泵工况进口，且多发生在正压面，由此推断汽蚀多由水泵工况运行产生，说明水泵工况的汽蚀性能比水轮机工况要差。

1.3振动

合同要求水泵水轮机的大轴相对振动（即大轴摆度）不大于150μm，顶盖垂直振动不大于1.8mm/s。据运行资料，1#水泵水轮机大轴摆度较大，发电工况约为240μm，抽水约为160μm ，3#、4#水泵水轮机发电工况次之，约为170μm，其余机组、工况均小于150μm。最新的《水轮发电机组安装技术规范GB/T8564-2003》规定大轴运行摆度应小于导轴承总间隙的75%。天荒坪电站水导轴承的总间隙为0.40~0.50mm左右，照此标准，只要大轴运行摆度小于300μm即符合规范要求。顶盖垂直振动基本小于合同要求。

1.4机组结构特点

天荒坪抽水蓄能电站的水泵水轮机由蜗壳、座环（含固定导叶）、导叶及导水机构、水导轴承、顶盖、主轴密封（含检修密封）、主轴、中间轴、转轮、底环、尾水管等部件组成，水泵水轮机检修的拆卸方式设计为中拆方式，水车室机墩开有宽5.8米的运输孔，转轮、顶盖等水轮机大件从水轮机层拆出，从球阀吊孔吊运至安装间，而不影响发电机的检修工作，但是在机墩开孔较大将在一定程度上影响机墩的结构强度。天荒坪电站也保留了部分下拆的方式，尾水直锥管可以从尾水管拆出，底环能够下落至尾水管混凝土基础上，导叶、迷宫环等可以直接拆出更换，抗磨板可以直接修补而不需拆卸顶盖和大轴，这样节省了检修时间。从投产至今，我厂抗磨板修补和抬机后更换上迷宫环的检修工作均采用下拆方式，目前我厂还未用过中拆的方式检修机组。设计认为，机组采用下拆方案将增加尾水管的噪音和振动，事实上，天荒坪机组的尾水管噪音在离尾水管1米处的噪音为100db左右。因尾水管非人员长期工作区，对人员不会造成大的伤害。从目前机组运行来看，我们未发现因尾水管振动原因造成设备损坏的情况。

2投产以来出现的问题和解决办法

2.1机组低水头空载运行不稳定

模型试验报告显示，在低于560m水头的空载开度（约为4~6°）下，机组处于或接近全特性的“S”区运行，机组出现不稳定。由于制造厂当时对该问题认识不足，设计上未采取任何措施，导致1#机组投产试运行期间，当水头较低空载运行时转速来回摆动，自动并网困难、发电并网后出现逆功率跳机、机组甩负荷后不能转至空载稳定运行而跳机等现象，为此制造厂借鉴国外有关电厂的经验，在水泵水轮机的5#、18#导叶上加装了两套非同步预开装臵，设定当水头低于560水头、发电空载启动或发电转调相时，当导叶开度处于2~10°时投入，或者当机组发电甩负荷后也立即投入，此时这两只导叶开度在其它导叶开度的基础上再增加26°的开度，但不能超过32°。采取此措施后，基本解决了上述机组低水头空载不稳定的现象，但是非同步预开装臵投入时，水轮机的摆度、振动和噪音将增大，因为投入时间短，对机组短期运行危害不大，长期运行影响需要监测总结。

2.22#机组转动部分向上抬起

2003年初，2#机组检修后调试期间，晚峰发电发生200MW转300MW运行时转动部分抬