浅析渠首电站水导瓦烧毁及顶盖排水技术改造.pdf

浅析渠首电站水导瓦烧毁及顶盖排水技术改造 张 军保陈亚琴 ( 陕西省 泾惠渠管理局 陕西 三原 7 1 3 8 0 0 ) 摘要 泾惠渠渠首电站建成投运以来， 发生了几起水导瓦严重烧毁、 轴瓴拉伤故障， 危及设备的运行安 全， 究其原因是排水不畅造成。工程技术人员从顶盖上水及排水原理着手分析， 对原设计顶盖排水 经过技术改造， 有效解决了这一问题， 机组运行工况 良好， 同时减轻了工作人员的劳动强度， 改善 了工作环境。 关键词 渠首水电站； 水轮机； 排水； 技术改造 中图分类号： 1 、 ， 7 3 4 1 文献标识码： B 1电站概况 泾惠渠渠首水利枢纽位于陕西省泾阳 县泾河峡谷最末端 ， 为泾河下游 的 日调节水 库， 主要作用是灌溉调蓄、 防洪减灾。 泾惠渠 灌区经枢纽水库由泾河引水人泾惠渠总干 渠 ， 灌溉 6个县 区 1 4 5 3万亩农 田。1 9 9 7年 底泾惠渠渠首扩建工程完工， 经过加坝加闸 工程， 形成库容 5 1 0 万 m ， 并产生了2 0 m水 头。在这种情况下新建的渠首电站， 是泾惠 渠渠首枢纽扩建工程的配套工程， 为坝后引 水式 电站 ， 装机容量 32 5 0 0 k W， 发 电尾水 直接进入泾惠渠总干渠以备灌溉。渠首电站 工程由引水洞 、 调压井 、 压力管道 、 厂房 、 放水 洞、尾水渠、开关站和高位水池等组成 ， 于 1 9 9 8 年并网发电。设计水头 1 9 8 m， 水轮机 型号 H L 2 4 0 一 L J 一 1 8 0 B ， 额定转速 1 8 7 5 r m i n 。 发电机型号为 S F 2 5 0 0 3 3 0 0 3 2 ， 额 定电压 矗 3 k V ， 额定电流 2 8 6 A A ， 功率因数 n 8 ， 一次 侧线电压 6 3 0 0 V ， 二次侧线电压 2 8 6 V 。发电 机输出6 3 k V电压经主变升压至 3 5 k V后并 人地方电网。渠首电站设计引用流量 3 1 8 m s ， 设计年发电量4 3 6 0 万 k W h ， 多年实 际年平均发电量 1 9 0 0万 k W h 。 2问题 出现 渠 首 电站 三 台发 电机 组 自 1 9 9 8年 1 月正式并网发电起， 运行基本稳定 ， 整体工 况良 好。但 由于当时建设施工任务重时间 紧， 发电机组生产供应厂家在设备制造及 安装中存在质量不高的情况。在建成后正 常生产 运行 的几年当中 ，电站运行人员 在 值班中发现了水轮机组顶盖排水不畅 、 积 水严 重的问题。由于顶盖上水不 能及 时排 出， 转动油盆旋转产生的离心力带动积水 飞溅 ， 在汛期尤其是夏季， 河源来水泥沙含 量增 大， 泥水飞溅出机墩观测 门洞 ， 导致 值 班人员难以靠近， 巡视检查工作极为不便。 同时 ，飞溅 的泥水污染 了水轮机机墩 内外 的生产环境 ，影 响了生产场所的整洁 和美 观， 增加了清洁工作的劳动强度和难度。 更 3 _ 3 土料抗剪强度检验坝坡稳定分析 由于粘土料抗剪强度比坝体土料低 ， 涵洞周边填筑高塑性粘土后 ，需要复核上 下游坝坡各种 工况的稳定 问题 。坝坡稳定 分析采用刚体极限平衡法， 应用“ 土石坝边 坡稳定程序( S T A B ) ” 进行计算。计算断面 为 中坝 最大 横 剖 面 中最危 险 断 面 ，其 中 4 9 0 m4 7 5 m高程填筑为 高塑性粘 土料 。 3 3 1 计 算工况 稳定渗流期的上、下游边坡 ( 遇地 震 、 无 地震 ) ； 施工期( 包括竣工期) 的上、 下游坝 坡 ( 无地震 ) ； 库水位骤降期的上游边坡( 无地震) 。 3 3 2 计算参数 筑坝材料及坝基材料的强度指标参照 地质资料 ， 具体见表 1 。 3 3 3 计算结果( 见表 2 1 3 3 4 计算结果分析 该水库大坝属于 2 级建筑物， 根据规范 规定坝坡抗滑稳定最小安全系数 ， 正常运用 条件下为 1 3 5 ，非常运用条件 I 下为 1 2 5 ， 非常运用条件 下为 1 1 5 。计算结果上、 下 游坝坡在各种工况下均满足稳定要求。 3 4高塑性土料填筑标准 根据该料场 五组土样的物理力 学试验 结果表明， 料场内土料的塑性指数 、 抗剪强 度、 含盐量 、 渗透系数和有机质含量等指标 均能满足筑坝要求 ，其填筑标准按以下两 个指标控制： 3 4 1 压 实度 按照 规范 规 定 ，粘性 土 的填 筑 标 准 以压实度 和最优含水 率为设计控 制指 标 ， 对于 I、 级坝和高坝压实度应为于 98 1 0 0 。 本工程高塑性粘土压实度选取暂定为 O 9 8 ， 并应进行结合施工的现场碾压试验结 果确定， 设计干容重指标见表 3 。 3 4 2填筑含水量 按照 规范 ( S L 2 7 4 2 0 0 1 ) 规定 ， 粘性 土的填筑含水量一般应控制在最优含水量 附近，其上下限偏离最优含水量不超过 一 2 一+ 3 。 本工程最优含水量取各土样最优含水 量的算术平均值( 见表 3 ) ， 填筑含水量按最 优含水量偏湿侧控制，其上限偏差不超过 + 2 ，其数值应根据施工工艺和气候条件 等因素进行选择。本工程采用的填筑含水 量见表 3 。 4结语 经计算分析，高塑性粘土的渗透性和 强度均能满足坝体设计要求 ，用高塑性粘 土料填筑涵洞周围的坝体 ， 使该部分坝体 的塑性增加 ， 更能适应地基 的变 形 减少 了 坝体因不均匀变形而产生的裂缝 ，对水库 的安全运行更为有利。璇 参考文献 【 1 】1 中华人民共和国建设部 碾压式土石坝 设计规 范( s L 2 7 4 2 0 0 1 ) S 】 ( 责任编辑： 黄灵芝) oC ( ) C oC 为严 重的是 ， 因顶 盖上水排水不畅 ， 飞溅的水 珠进 入转动油盆 致 使油盆内的油液逐 渐稀 释乳 化 ， 油质劣化 达不到规定要求 ， 从 而起不 到润滑的作用 ， 失去了保障功能 ， 如此 长期运 行 ， 势必造成水导瓦磨损严重、 发热增大的局 面 ， 为事故埋下了隐患 。2 0 0 8年 6月 中旬 ， 渠 首电站 l 号水轮机组 因为顶盖上水排 水不畅 问题， 转动油盆进水 ， 水导瓦磨损严重， 主轴 轴瓴也严重拉 伤 ， 无法继续运转 。此后 ， 另外 两台机组也相继 现类似问题而停止运行。 3原 因分析 渠首电站属于坝 后引水式 电站 ，由于泾 河上中游沿线截流取水所致，造成泾河下游 水源受降雨影响较大， 其特点是暴涨暴落， 河 水含沙量高 ，水库泥沙淤积严重。电站建设 时，设计的顶盖排水方式是采用自流排水的 方案， 其原理是顶盖上水到一定的高度， 通过 溢流孑 L 流人预先埋设 的管 道而顺利排 出。由 于渠首 电站建在坝后河道 的左岸边 ，一 面临 水一面傍山， 场地狭小 ， 受地形限制 ， 原预埋 管道坡降较小，加之泾河来水泥沙含量大且 沉积 严重 ， 致使排水 管道堵塞 ， 进 而导致顶盖 水排水不畅。泾河 流域植被较差 ， 往往河源 来水越大其泥沙含量越大， 尤其是在汛期 ， 为 了抢抓水力优势机遇， 争取高出力多发电， 经 常是 三台机组满负荷运 转 ，且连续运 行时间 较 长的状况 ， 诸 如此类 情形下顶盖 上水 ， 泥沙 沉 积 ， 来 水泥 沙含量越 大 ， 其 泥沙沉 积越 厚 ， 排水管道堵塞的可能性就越高。因顶盖上水 得不到及时排走 ，致使积水在主轴油盆的旋 转带动下 ，产生 飞溅水花 ，转动 油盆淹没进 水， 导致轴瓦得不到润滑而烧毁 ， 从而对轴瓴 造成严重拉伤 的后果 。经过分 析可以得 出结 论 ，顶盖上水不 能及时有效排 出是 造成事故 的主要 原因。 4改造方案 4 1初设 方案 问题 出现后 ，如何让顶盖 上水能快 速及 时地排出，保证转动油盆不被淹没进水成为 解决问题的关键。最初的应急救援方法就是 利用停机时间间隙，组织生产职工对顶盖的 淤积泥沙进行清理， 疏通排水管道 ， 并清理油 盆更换新油。因受机墩空间限制， 工作面小环 境差， 值班工作人员经常是满身泥水。根据生 产维护经验， 更换转动油盆的油液 ， 一般需要 两 天时间 。 不仅 费时费力费料 ， 增 大了 电站生 产运行 成本 ， 而且容 易错失 良机 ， 在河源丰水 情况下只能无奈弃水， 无法抢抓对水电站来说 具有重 要意义的 自然有 利条件发挥机 组的最 大效益 。这样停机维护 的措施 ， 劳 动强度大 ， 效果却不够理想。 针 对这一情况 ， 经 过探讨研究 ， 改而采用 给顶盖上加插塑料水管的排水方案 ， 具体为经 由厂 房外半 山壁 的高位水池 ， 给塑料管充水 ， 利用虹 吸原理 ， 将顶盖 上水予以排走。 由于给 塑料 管充水较为不 便 ， 且用 时较 长 ， 一般每 条 塑料管充水需要 5 ra i n 8 ra i n时间，不但耗费 时间并且生产运行人员经常被飞溅的泥水弄 脏全身，尤其是在实施此方案的前期一段时 间， 操作经验不足， 难度较大。因条件限制， 塑 料 管固定较 为困难 ， 有时会漂 浮在水面 ， 严 重 的情况下， 就会随着水流的旋转缠绕在转动油 盆上， 产生危险。运行实践中发现， 加插塑料 管排水效果在平时尚可， 但在主轴密封磨损 ， 顶盖上水较为严重的情况下， 顶盖上水仍然不 能快速排走 ， 其效果不佳， 达不到机组安全运 转要求。 为了寻求更好 的方法彻底解决这一 问题 ， 站上组织相 关技术人员 向泾河流域上 游的几 个兄弟电站进行远程咨询 和现场考察学 习， 并 进行了认真的技术分析， 最后结合渠首电站的 实际情况 ， 制定了两套新的技改方案： 一种方 案是在顶盖上合适的地方安装潜水泵， 抽走顶 盖上水； 另一种方案是利用高位水池的水作为 工作 流体 的射流泵排走 顶盖上水 。生产技术 人员召开研讨会， 决定对这两种方案进行分析 论证， 优选一种方案实施改造。 通过研究认为， 第一种方案， 其特点是排水可靠 ， 但是如何选 择水泵的流量是一个难题。因为受各种因素 影 响 ， 顶盖上水 的流量不恒定 ， 如果潜水泵 的 流量小了， 顶盖上水不能快速及时抽出， 排水 效果将大打折扣 ， 隐患并不能有效消除； 如果 选取流量大的水泵， 由于机墩场地条件限制 ， 壳体内空间不足， 难以有足够的地方安放潜水 泵 ； 同时 因泵 的抽水效能大 于上水速率 ， 将 会 使水泵的开停启动操作频繁， 增加了发电值班 人员对水轮机的巡护工作量并降低了其工作 效率。第二种方案的特点是技术改造措施实 施费用较低 ， 且安全程度高， 但是其最大的缺 点是射流泵工作流体与机组冷却水存在水源 争夺矛盾。渠首电站发电机组冷却循环水利 用山体地下渗流的泉水作为水源， 随着地下水 位的下降， 原清水池的水源也是日显下降的态 势， 补水水源已无水可补。如果采用第二种方 案， 势必造成水源的浪费， 无法使机组冷却循 环水得到保证， 特别是在夏季的高温期 ， 这个 问题更加凸显， 故此方案亦存在较大弊端。综 合权衡考虑， 两套方案都是优劣参半， 两个方 案均不可行 。 4 2技改措施 经过详细 比较各种方案 ，反复论证考量 ， 虽 然几种方案从 不同方面着 手各有其 可取之 处 ， 但均存在较明显的缺陷， 最后只能全部否 决 弃用 。为 了实现对顶盖排 水的技术 改造达 到有效 、 安全 的 目标 ， 根据 渠首 电站 的各种 自 然条件和客观因素 ， 技 术人员再次对解决顶盖 上水 问题 的排水改造措施进 行 了深入 细致地 讨 论研究 ，针对 渠首 电站 的特殊现实情况 ， 综 合以往的生产抢修 经验 ， 最终决定采用经过 改 进 的塑料管排水 方案 。通过 给顶盖 上加插塑 料管， 利用高位水池的水压 ， 快速带走塑料管 里的空气从 而形成 真空 ， 以达 到快速排水 的 目 的。其具体原理和解决办法是 ： 在每台机组的 冷却水循环管道上引出一根管道 ， 在引出管道 上加装 4根 书6 0的管道 ，每根管道装设一个 闸阀， 使引出的管道与顶盖上加插的塑料管相 连通， 顶盖上水后， 快速打开闸阀， 这时高速水 流快速带走 了塑料管里的空气 ， 即利用虹吸原 理进行顶盖排水 ， 以便实现迅速安全排水的 目 的。在实施技术改造过程中 ， 先利用一台机组 进行技改试验 ， 每根塑料管从 开始充水直 至水 流 自动排出， 测试结果用时 1 5 s 一 3 0 s ， 说明能 够达到快速排水的 目的。 5结语 泾惠渠渠首 电站 经过顶盖排 水技术 改造 后 效果理想。一是缩短了原来塑料管的充水 时间 ； 二是节 约了水源 ； 三是 生产工人减 少 了 对水轮机的巡护频率，减轻了清淤等劳动强 度 ， 并做 到了工作场所环境干净整洁 。顶盖上 水的及时排出， 保障了设备的运行安全 ， 降低 了维修 费用 。成功实施 了技改后 ， 对另外两 台 机组也进行 了同样改造 ， 三 台机组技术改造总 投资不足千元 ， 这种排水装置在以后发电生产 中的维修方便简易且费用不高。渠首电站 自 从实施顶盖排水改造以来至今 ， 经过运行实践 检验 ， 机组从未因顶 盖上水排水不畅问题 而出 现故障。陵落 ( 责任编辑 ： 黄灵芝 )