水电站技术供水进水手动蝶阀改装电动蝶阀原因分析及实施方法

水电站技术供水进水手动蝶阀改装电动蝶阀原因分析及实施方法

张荣花

四川武都电站有限公司  四川绵阳621000

[摘要]本文通过发电机组开停机时技术供水总管水压不稳定的情况分析和处理，指出发电机组在运行期间技术供水的重要性。

关键字：水电站 技术供水 水压 波动 分析 技改

水电站技术供水相关概念阐述：

技术供水又称生产供水，主要作用于对运行设备进行冷却，有时也用来进行润滑和水压操作。

水电站技术供水系统的主要任务是冷却、润滑、传递能量。作用是对发电机、推力轴承和导轴承进行冷却降温。发电机运行时将产生电磁损耗及机械损耗，这些损耗转换成热量，将影响发电机的出力和加快绝缘老化甚至损坏，造成设备事故发生，因此需要及时的进行冷却将热量散发出去。水电站发电机多数采用的是密闭式冷却方式，发电机周围被封闭着一定体积的空气，利用发电机转子上装设的风扇，强迫空气通过转子绕组，并经过定子的通风沟排出，吸收了热量的热空气再经过设置在发电机定子外围的空气冷却器，将热量传递给冷却器中的冷却水，然后使空气冷却，冷却后的空气又重新进入发电机组内循环工作。空气冷却器的冷却效果对发电机的允许出力有很大影响，当进风温度较低时，发电机允许出力提高；当进风温度较高时，发电机允许出力降低。对于水电站的推力轴承和导轴承，机组运行时，轴瓦与滑转子之间润滑油高速运动，油分子之间相互移动会产生热量，该热量以热能形式聚集在轴承中，轴承是浸泡在透平油中，过高的温度将导致轴承寿命缩短甚至烧坏轴瓦，危及机组安全运行，同时加速油质劣化，因此需要将润滑油冷却带走轴承热量，水电站冷却器一般采用的是黄铜管，铜管内流通0.18-0.40MPa压力水，浸在轴承所处油槽内，润滑油吸收的热量通过铜管传递给管内水流带走。水电站技术供水取水一般分为压力管道自流供水、水泵供水、混合供水以及循环供水几种方式。

发电机技术供水不足或者超压的后果：对于发电机组技术供水系统，供水压力不足将会导致发电机各轴承冷却效果变差，可能引起轴承温度升高烧蚀的严重后果。

某水电站位于四川省境内，总装机3×50MW，3台发电机组为立轴混流式，设置三道导轴承和一道推力轴承，推力轴承和导轴承共用一个油室，发电机冷却方式采用封闭式空气内循环。该站的冷却水取水方式为上游压力钢管取水和下游尾水池水泵取水。压力钢管供水方式为自流取水（压力钢管末端蜗壳前端压力钢管取水，经减压装置减压）和下游尾水池水泵（技术供水泵集中供水）并联混合供水方式给技术供水系统总管供水。正常情况下该电厂技术供水分别取自三台机组压力钢管，（三台机组压力钢管末端蜗壳前端压力钢管取水）给技术供水系统总管供水；该供水管路采用DN200、壁厚8.0mm无缝不锈钢管，在取水口下部3.0m水平段设计安装一个手动蝶阀，通过减压阀减压后，经过滤水器送入技术供水系统总管；再分别经过并联的三组供水总电动蝶阀和两位四通阀给三台机组的空气冷却器、上导轴承，下导轴承 ，推力轴承，水导轴承供水。

当库区水位较低、取水口堵塞或取水系统故障等因素，使得总管压力不足时，自动启动技术供水泵（尾水取水泵4台，并联且能自动启停的备用泵），给技术供水系统总管供水，用于发电机空气冷却器，发电机推力轴承、各导轴承设备进行冷却。

一、故障现象及原因分析：

一）、增加了设备操作风险

2015年5月21日18:30   运行方式：1、2号发电机组在运行状态，3号发电机组处于热备用状态，1、2机组均带负荷50MW（共100MW）。19：00按照负荷曲线要求将负荷降至50MW，运行人员停运1号发电机组机，负荷调整至50MW ，在停机后巡盘时发现技术供水总管压力突然升至0.48MPa（ 正常范围：0.2–0.35MPa），因为1号发电机组停机流程中要求停机后关闭机组四通阀前端电动蝶阀（*211），机组空冷器、各瓦轴承冷却水虽然断流，但是停用机组的自流取水依然在给技术供水总管供水，此时会出现3台自流供水供1台机组冷却水，超出减压阀的调节范围，致使技术供水总管和运行机组的空冷器、各瓦轴承冷却器水压上升，超出其机组空冷器、各瓦轴承冷却水管的最大工作压力，直接影响冷却器使用寿命，严重时会使冷却器铜管变形、破裂，带有压力的冷却水渗漏进入轴承油室，导致轴承油室内油混水，严重威胁机组设备的安全运行。值长立刻安排维护班人员到蜗壳层对2号机组压力钢管取水自流减压阀进行人为调整水压（减少供水量）至正常范围。5月22日8:30按负荷曲线要求开两台机组，负荷升至150MW，三台机组同时运行时又发现总管压力降低，值长又安排人员将2号机组压力钢管取水自流减压阀进行人为调整水压（增加供水量）至正常范围。此后随着机组开、停，机组供水总电动蝶阀的开、停,极易造成总冷却水压力超过机组正常运行水压0.2–0.4MPa的范围。为了保持总管冷却水压力稳定，每次停机后都要在上位机上手动开启停运机组四通阀前端电动蝶阀来保正总管冷却水压力恒定，增加了运行人员操作设备的程序，带有一定安全隐患。

二）、增加了设备安全隐患

2016年3月份3号机组停运检修(19天)，恢复运行前摇测发电机定子、转子绝缘，发现绝缘数据不合格。检查发现：机组虽在停机状态，但冷却水长期投入（为了避免上诉情况的出现），发电机机坑内空气和冷却水管内温差较大，空气中水分子接触到温度较低的推力轴承冷却器的外管道壁，在水管外壁凝结,凝结的冷凝水掉落在定子、转子上，造成发电机线圈绝缘下降，给设备增加了安全风险。

三）、造成了水资源浪费

为了达到机组冷却水压力恒定要求,发电机组在停机状态时其机组四通阀前端电动蝶阀始终保持常开状态，机组冷却水必须保证长期通水状态，造成了机组在停运时水源浪费。该电站装机容量3×5万千瓦，电站设计多年平均发电量6.1亿kwh，全年机组利用小时为4066小时，全年机组非利用小时为4694小时，技术供水出口流量为340立方米/小时，每年浪费水量为4694小时×340立方米/小时=1596000立方米，电站平均耗水率6.1立方米/kwh计算，一年浪费电量为1596000立方米÷6.1立方米/kwh=261639kwh，给电站的发电效益造成了较大损失。

二、解决方案：

以该厂技术供水一台机组为例：技术供水取自机组压力钢管（φ4600）水平段末端（凑合节前端）侧面开孔取水，技术供水管路采用直径Dn200mm、壁厚8.0mm无缝不锈钢管和阀门减压阀、滤水器等附件组成，见图1所示（依次经过蜗壳廊道层的蜗壳取水减压阀进水端*1201手动蝶阀、*202自流取水减压阀、减压阀出水端

                     图1技术供水系统同图

及调压阀进水端*203手动蝶阀、*204调压阀、蜗壳取水滤水器进水端*206手动蝶阀、蜗壳取水滤水器（*207阀为本体的电动排污阀）、蜗壳取水滤水器出水端*208手动蝶阀、技术供水总管进水端*209手动蝶阀）将水汇集到技术供水总管，再经过水轮机层的管道Dn200mm的阀门（依次经过了技术供水总管机组进水端*210手动蝶阀、技术总供水电动阀*211、两位四通阀）给该台机组的空气冷却器、上导轴承，下导轴承 ，推力轴承，水导轴承供水。

为了避免开停机时技术供水总管压力波动较大，停机后冷凝水导致定、转子绝缘降低不合格以及水源浪费等因素,经部门讨论并报公司分管技术领导同意，决定将进水端*201手动蝶阀该为电动蝶阀。原来开停机时，开（停）机流程中技术供水系统中只开启（关闭）机组四通阀前端总供水电动蝶阀（*211），根据上述管路上阀门路径可以看出只开启（关闭）了技术供水总管到停运机组各冷却部位的冷却水。停用机组的蜗壳取水依然在给技术供水总管供水，造成3台蜗壳取水供1台机组冷却水，导致总管压力及运行机组各管路压力波动大的现象。因此将取水管路上减压阀进水端*201手动蝶阀改为电动蝶阀，同时将该电动蝶阀*201阀操作回路并接于机组技术总供水电动蝶阀*211阀，在开、停机流程中会同时打开或关闭蜗壳取水减压阀进水端电动蝶阀*201阀和机组技术总供水电动蝶阀*211阀,保证了减压阀的供水方式为机组运行时该台机组技术供水才投入,这样保证了冷却水总管压力基本稳定的效果。（如图2）

图2技术供水减压阀进水端手动蝶阀*201阀技术改造前后对比

三、技术措施
1、将机组技术供水减压阀进水端手动蝶阀*201阀加装一个电动操作操作机构;

2、将减压阀进水端电动蝶阀*201阀操作电源并接于机组技术总供水电动蝶阀*211阀;即开阀线标记JSF122-004接于机组LCU/B柜*DO2-29端子,关阀线标记JSF122-006接于机组LCU/B柜*DO2-31端子,公共线标记JSF122-N接于机组LCU/B柜*DO2-32端子。电动蝶阀本体接线为①接JSF122’-N,②接JSF122-004,③接JSF122’-0063、按此方法改造后减压阀进水端电动蝶阀*201阀和机组技术总供水电动蝶阀*211阀在开停机流程中同时打开或关闭,始终保证减压阀的供水方式为单供单,这样总冷却水管压力因为进出水量的平衡。

见图3

图3 机组LCU柜内接线图技术改造前后对比

    该电站技术供水操作方式自改造运行至今，在技术供水压力调整过程中，未出现由于人为操作失误的事故发生；未出现由于冷凝水凝结造成设备绝缘降低等设备阀风险；改造后，机组停运的同时技术供水蜗壳取水终断，节约了水力资源，为电站的发电创造了很好的经济效益。该改造项目获得了公司当年度技术改造项目一等奖。

参考文献：

单文培 刘孟桦 水力发电机组及辅助设备运行与维护 （2006）第016436号。

张诚 陈国庆 水轮发电机组检修-北京：中国电力出版社， （2011）第216081号

黄树红 李建兰 发电设备状态进行与诊断方法 北京：中国电力出版社，（2008）第035078号

作者简介：张荣花 女  工程师  从事水电站发电运行、设备维护及检修工作