何秋

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái)317200)

1 概述

桐柏抽水蓄能電廠位于浙江省東部天臺(tái)縣境內(nèi),距杭州市約150km,靠近華東500kV電網(wǎng)負(fù)荷中心,是華東電網(wǎng)理想的調(diào)峰電源。電站裝機(jī)容量120萬kW,內(nèi)設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為300MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機(jī)，最大水頭285.7m,以兩回500kV線路接入華東電網(wǎng)，在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。自電廠投運(yùn)以來，在機(jī)組尾水管充排水時(shí)，4臺(tái)機(jī)組球閥伸縮節(jié)均不同程度的出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，一直困擾著運(yùn)行維護(hù)人員。

2 漏水原因分析

2.1 輸水系統(tǒng)介紹

桐柏抽水蓄能電廠引水系統(tǒng)采用一洞兩機(jī)方式布置，四臺(tái)機(jī)共兩條輸水道；尾水隧洞采用一機(jī)一洞的“單元式”布置，共四個(gè)尾水出口，電廠的尾水位較高，機(jī)組安裝高程很低，下水庫水位變幅較大。在機(jī)組尾水隧洞正常檢修或其它設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，為了防止下游尾水倒灌廠房，在尾水隧洞上設(shè)置閘門將廠房與下水庫隔離[1]。

水泵水輪機(jī)型式為立軸、單級、混流可逆式水泵水輪機(jī)[2]，額定轉(zhuǎn)速為300r/min，飛逸轉(zhuǎn)速為465r/min。水輪機(jī)方向額定凈水頭為244m，水泵工況下額定水頭284.79m，水輪機(jī)安裝高程在52m左右，停機(jī)時(shí)靠導(dǎo)葉和球閥截?cái)嗨础?/p>

水輪機(jī)球閥安裝在壓力鋼管與水泵水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口段之間，球閥的通徑為Φ3100mm，球閥活門的旋轉(zhuǎn)直徑為Φ4 680mm，每臺(tái)水泵水輪機(jī)配一套進(jìn)水閥，每個(gè)球閥單元設(shè)備包括延伸段、進(jìn)水閥、伸縮節(jié)、旁通閥、空氣閥、排水閥、操作機(jī)構(gòu)、油壓裝置、控制設(shè)備及其他配件[3]。

伸縮節(jié)用于球閥的拆裝和進(jìn)水閥下游側(cè)工作密封在不拆球閥主體和不排空壓力鋼管的情況下檢修和更換，且能適應(yīng)由于溫度變化和作用在球閥上的水推力變化而引起的球閥沿壓力鋼管軸線的位移。伸縮節(jié)與蝸殼法蘭平面之間留有20mm的間隙，伸縮節(jié)與法蘭之間是通過Φ16mm的O型盤根密封。

2.2 存在的問題

桐柏抽水蓄能電廠下庫水水位正常在110～140m之間變化，水輪機(jī)安裝在地下52m高程。一旦機(jī)組檢修，需將整個(gè)尾水水道隔離，上游側(cè)利用球閥與壓力鋼管隔離，下游側(cè)落下尾水閘門將尾水管與下庫隔離。整個(gè)尾水水道的水量約11462m3。排水通過開啟DN=300mm的尾水管排水閥，先通過DN=300mm的自流排水聯(lián)絡(luò)閥進(jìn)行自流排水，排水到接近92.0m高程；然后開啟1、2號(hào)檢修排水泵排水，排到尾水管水位在40.9m，1、2號(hào)檢修排水泵停泵；在40.9m以下啟動(dòng)3、4號(hào)檢修排水泵排水，到尾水管水位40.0m時(shí)停泵。機(jī)組復(fù)役時(shí)通過尾水閘門上的充水閥向尾水管充水，平壓后提起尾水閘門。充排水時(shí)尾水管的補(bǔ)排氣通過尾水閘門后的補(bǔ)氣孔實(shí)現(xiàn)。4臺(tái)機(jī)組尾水管在排水及充水過程中球閥伸縮節(jié)處均有漏水現(xiàn)象出現(xiàn)，而在充水完畢一段時(shí)間后，漏水量會(huì)逐漸減小直至消失。

2.3 漏水原因

由于球閥伸縮節(jié)漏水只是出現(xiàn)在尾水管充排水期間，且機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)沒有漏水現(xiàn)象，基本可以排除伸縮節(jié)密封永久破壞的情況。而經(jīng)過仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象主要在排水至60～50m左右出現(xiàn)，結(jié)合我廠尾水水道形式及各設(shè)備的高程，懷疑尾水管充排水時(shí)尾水管的補(bǔ)排氣可能存在問題。

在尾水管排水時(shí)，當(dāng)尾水管水位降到53.55m高程(蝸殼頂部)和43.465m(尾水管肘管最低處)之間時(shí)，因尾閘后側(cè)補(bǔ)氣孔的空氣不能進(jìn)入蝸殼和轉(zhuǎn)輪室，在此階段引起蝸殼及轉(zhuǎn)輪室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓(真空)，此時(shí)將引起水輪機(jī)主軸密封、球閥伸縮節(jié)等處向內(nèi)非常規(guī)補(bǔ)氣，從而破壞球閥伸縮節(jié)處的密封導(dǎo)致短時(shí)漏水。

在尾水管充水時(shí)，當(dāng)水位充至43.465m后，蝸殼及轉(zhuǎn)輪室的空氣無法通過尾閘后側(cè)補(bǔ)氣孔排出，則在以上之處進(jìn)行非常規(guī)排氣，也會(huì)出現(xiàn)短時(shí)漏水，而一旦尾水管充水完畢后，在尾水壓力下伸縮節(jié)密封效果逐漸恢復(fù)，從而漏水現(xiàn)象消失。

雖然由于漏水時(shí)間較短，未產(chǎn)生較大問題，但漏水現(xiàn)象的產(chǎn)生對球閥伸縮節(jié)下方的設(shè)備造成進(jìn)水隱患，惡化了運(yùn)行環(huán)境，增大了整個(gè)地下廠房的排水量；機(jī)組尾水管充排水次數(shù)較多，如長期如此，必然對伸縮節(jié)密封件造成損壞或者位移，從而引起漏水量增大，影響機(jī)組運(yùn)行和可靠備用，甚至可能造成水淹廠房事故。

3 處理對策

要解決尾水管充排水時(shí)球閥伸縮節(jié)漏水的問題，只要解決充排水期間的非常規(guī)補(bǔ)排氣即可，由于電廠蝸殼本身未設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)氣閥，目前可以通過調(diào)整充排水操作步驟，利用蝸殼本身的排氣閥及轉(zhuǎn)輪室排氣閥解決問題。

(1)在機(jī)組排水時(shí)，密切關(guān)注尾水管水位，當(dāng)尾水管水位低于60m時(shí)，運(yùn)行人員通過手動(dòng)操作打開蝸殼排氣閥和轉(zhuǎn)輪室排氣閥進(jìn)行補(bǔ)氣。

(2)在機(jī)組充水時(shí)則先保持蝸殼排氣閥、轉(zhuǎn)輪室排氣閥在開位置進(jìn)行排氣，待轉(zhuǎn)輪室排氣管及蝸殼排氣管出現(xiàn)有水流聲時(shí)或水位到達(dá)60.0m高程時(shí)，關(guān)閉上述閥門。

(3)按照排水步驟，一般通過啟動(dòng)兩臺(tái)檢修排水泵排水，由于排水速度很快容易引起非常規(guī)補(bǔ)氣，所以為保證尾水管排水時(shí)充分補(bǔ)氣，用一臺(tái)檢修水泵排水，降低尾水管排水速度。

(4)上述操作方式的改變雖能解決球閥伸縮節(jié)漏水問題，但一方面增加了運(yùn)行人員工作量，另一方面人為判斷水位誤差較大，可靠性較低。最終的方法是利用機(jī)組大修時(shí)進(jìn)行技改，增加蝸殼自動(dòng)補(bǔ)/排氣閥。

5 結(jié)語

通過對充排水操作步驟的調(diào)整，實(shí)際效果良好，球閥伸縮節(jié)漏水現(xiàn)象基本消失。抽水蓄能電廠一般廠房均在地下，由于山體滲漏水較大，加之諸多設(shè)備正常排水，廠房排水量很大。整個(gè)廠房的排水均通過深井水泵抽至廠外，一旦出現(xiàn)深井泵故障或者電源故障，后果非常嚴(yán)重，水淹廠房[4]成為抽水蓄能電廠第一大預(yù)防事故，所以廠房內(nèi)任何設(shè)備的異常漏水，不管是從設(shè)備本身安全還是從廠房的排水安全來講，均要引起重視，需及時(shí)消除。

[1]陸佑楣，潘家崢.抽水蓄能電站[M].北京:水利電力出版社，1994.

[2]劉大愷.水輪機(jī)[M].北京:中國水利出版社，1997.

[3]陳德新.水輪機(jī)、水泵及輔助設(shè)備[M].北京:中央廣播電視大學(xué)出版社，2000.

[4]梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.