敦化电站水泵水轮机调试问题及解决策略.pdf

敦化电站水泵水轮机调试问题及解决策略曲 扬卜良峰宫让勤梁金波高 欣(哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨)摘 要:通过对敦化电站 号机调试过程中出现的问题进行分析研究提出相应的解决方案为后续抽水蓄能机组的设计、制造、调试、运行提供现场调试经验和问题解决参考关键词:水泵水轮机调试分析参考中图分类号:文献标志码:编码:././.():.:引言随着“双碳”目标及抽水蓄能中长期规划()年的出台我国将有一大批抽水蓄能电站建设投运 敦化抽水蓄能电站单机容量达 额定转速/最高扬程 敦化抽水蓄能电站成套机组设备是我国首个 水头段自主化研制项目是国内企业依托的超高水头大容量抽水蓄能关键技术的攻关研究项目得到国家大力支持并成为 年度能源领域首台(套)重大技术装备项目 电站共有 台机组哈电机公司承制的 号机经过四十余天的现场调试完成了所有试验项目通过考核期后投入商业运行 调试中出现的问题均相应得到圆满解决 主轴密封供水低流量报警.问题描述水轮机方向首次启动随机组转速升高主轴密封供水量降低至 转速(/)时主轴密封供水低流量报警机组停机.问题分析敦化电机机组主轴密封供水取自尾水经增压泵、过滤器及节流孔板后进入机坑内主轴密封供水管管路布置见图 机组试验前上库水位 下库水位 机组启动前测得主轴密封供水管流量为 升速过程中流量逐渐减小在 额定转速附近流量急速下降反复升降后降至 左右问题出现后调取可能对 号机产生影响的 号机的运行记录 从两台机转速和主密封供水流量曲线中可以看出 号机组开机后随转速升高主轴密封供水量下降而 号机主轴密封供水流量稳定 号机转速开始上升时 号机供水流量开始急剧下降至额定转速后下降到.由于敦化电站一.敦化电站水泵水轮机调试问题及解决策略试验与检测管两机检查 号机和 号机之间的供水管路隔离阀没有发现异常调取机组运行数据查找 号机升速过程相关位置的压力值主轴密封的密封腔和被密封腔压力随转速升高而升高但被密封腔压力上升较快在短时间内被密封腔压力接近或超过密封腔压力值 由于被密封腔与尾水相连说明尾水液位在机组升速过程中升高较快初步判断可能原因为:主轴密封供水量偏小尾水位上升主轴密封背压增加密封副间隙减小供水流量降低图 主轴密封供水系统图.处理过程()将主轴密封供水管路上的节流孔板的孔径按计算值扩大静态流量由 提高到()检查时发现尾水闸门未提起导致机组升速过程中尾水位快速上升密封副间隙减小至无间隙供水量迅速下降至报警停机 后续试验时在试验前提起尾闸未再出现此问题 静态压水试验异常.问题描述静态压水试验过程中分别进行充气阀开启时间 、两次试验尾水管磁翻柱式液位计显示尾水液位没有变化.问题分析试验时球阀关闭、导叶关闭导叶端面安装间隙 充气管路上设有液动阀、节流孔板此节流孔板按压水 计算孔径 现场第二次试验压水 个 气罐压力从 降至 尾水管液位计仍然显示没有变化 调取压水时的监控记录发现压水开始时蜗壳进口压力和无叶区压力突然上升持续一段时间后缓慢下降 初步判断可能原因:压缩气体进入了蜗壳节流孔径选择过小充气管路埋设问题液位计问题.处理过程()打开 蜗壳排气阀有气体排出排气时间 说明蜗壳内被压入大量气体()检查液位计上下两端的阀门开关阀门有水流声关闭阀门排出液位计管内的水磁翻柱不翻转确认液位计有问题 拆下检查发现浮子被焊渣卡住 液位计清理后液位显示正常如尾闸室设置自动排气阀且动作也可以判断有气体进入尾水 溅水功率测试过程启动停机.问题描述监控执行 拖动启动抽水调相充气压水后 拖动至额定转速抽水方向同期并网成功 之后抽水调相成功抽水调相转抽水流程排气充水开启球阀至球阀全开监控收到“有功功率未达到二级状态”反馈流程退出执行机械事故停机.问题分析试验前上水库水位 下水库水位 试验过程中机组排气回水球阀打开此时有功功率未达到二级溅水功率蜗壳进口压力和无叶区压力略低(见图、图)现场认为造压不成功试验与检测上海大中型电机.图 溅水功率测试曲线图 溅水功率测试曲线.处理方案经调试团队讨论机组实际运行中还应考虑无叶区水环的速度头以保证无叶区的压力满足造压抽水条件 因此决定采用不开球阀的方式再次进行溅水功率测试(见图)同时测试转轮在开球阀(见图)和不开球阀两种条件下的造压时间 试验测得球阀关闭状态转轮造压需 球阀开启状态转轮造压需 且球阀关闭状态进行回水排气流程时测得蜗壳进口压力比不开球阀时高很多且高于合同保证的零流量扬程完全满足转轮造压和抽水条件 试验测得机组一级和二级溅水功率用于机组抽水调相转抽水的功率条件图 溅水功率测试曲线图 溅水功率测试曲线 拖动上下止漏环流量随转速升高减小.问题描述机组水泵方向启动执行停机至抽水调相流程开始拖动进行变转速试验随着转速升高止漏环冷却水供水流量逐渐降低转速与上下止漏环流量关系(见表、图)表 转速与上下止漏环流量关系机组转速/()上止漏环流量/()下止漏环流量/().图 转速与上下止漏环流量关系曲线.问题分析根据相关设计计算上止漏环冷却水量需要满足 /下止漏环冷却水量需要满足 /试验前蜗壳尾水平压管路安装节流孔板直径为 经试验实测上下止漏环的冷却水量在高转速时均小于计算值下止漏环冷却水量随转速升高下降明显而观察止漏环温度值却没有明显升高或达到报警值试验时各实测数据(见表)由于机组没有消水环管设计我们认为转轮空转形成一定造压转轮进口水环加厚部分水压入蜗壳蜗壳压力大于尾水压力蜗壳/尾水平压管形成水流 计算中认为平压管内水流来自止漏环冷却.敦化电站水泵水轮机调试问题及解决策略试验与检测水 根据实测数据考虑转轮外缘处速度头的影响分别计算出蜗壳平压管在节流孔板直径为 和 尺寸下的流量值(见图)其趋势与止漏环供水流量实测值一致供水量满足冷却要求表 止漏环冷却水量试验值项目试验数据下库水位.水泵水轮机无叶区压力 尾水管进口压力 蜗壳进口压力 转轮下腔压力 转轮上腔压力 下止漏环供水压力 机组中心线 图 转速与漏环冷却水量计算值.处理方案将蜗壳/尾水平压管路上的节流孔板更换为且保证止漏环的供水压力 水泵断电试验前下止漏环流量减小至零.问题描述机组水泵方向启机 拖动执行抽水调相在拖动过程中随转速升高止漏环冷却水供水量降低至额定转速时下止漏冷却水流量显示为 手动“执行电气事故停机”.问题分析试验前上水库水位 下水库水位 技术供水泵扬程 泵后压力接近 止漏环各管路管件布置(见图)经管道过滤器过滤后上下止漏环供水压力在节流孔板后为 经监控数据查得转轮上腔压力为 下腔压力为.技术供水经管道过滤器和节流孔板后压降为 也就是说此时的供水压力已经与转轮上下腔的压力非常接近供水压力处于一个临界状态不能满足止回阀的开启压力 因此止漏环的供水流量接近为零主要原因为技术供水泵扬程偏小其次管道过滤器压降偏大图 止漏环供水管路系统图.处理方案在止漏环冷却水供水压力不足的情况下能否保证抽水调相过程中止漏环的温度不会快速升高是关键 按照抽水调相功率粗算短时间内由止漏环损耗带来的温升不会引起止漏环间隙的明显变化根据相关文章论述在调相压水时转轮转速升高过程中旋转的气流将尾水管内由于水面波动产生的水滴吹起并被空间内的二次环流吸到转轮内被吸入到转轮内的水在离心力的作用下从转轮外围甩出这也会对转轮起到冷却作用 调试团队据此决定:机组水泵断电试验继续进行短时间调相密切关注止漏环温度变化如无异常即转抽水 机组按指令执行启机并完成水泵断电试验相关数据(见表)表 水泵断电试验数据表项目试验数据上库水位.下库水位.充气压水时间 冷却水温度.达到额定转速时止漏环温度.止漏环最高温度.止漏环温升.止漏环供水压力(过滤器后).技术供水泵后压力.由于技术供水泵选型已定扬程不能调整需考虑降低供水管路上管件的压降我们将管道过滤器的滤芯和静音止回阀弹簧进行了调整满足了机组在后续工况转换试验及运行中的安全保证试验与检测上海大中型电机.发电转发电调相事故停机.问题描述机组在进行发电转发电调相试验时几次出现转换不成功 转换试验过程中机组自动开启至并网发电负荷 执行发电调相后机组充气压水成功但实测机组功率、蜗壳进口压力、导叶与转轮之间压力等测试值与发电调相正常运行工况不符手动按下“紧急停机按钮”在线监测数据(见图)根据监控数据绘制曲线(见图)此后将充气压水介入点做了适当延时即增加了球阀全关后的造压时间但转换成功率不到 球阀层巡视人员反馈感觉蜗壳平压管内有气图 各测点压力试验值图 各测点压力曲线.问题分析从监控数据看导叶和球阀关闭后在蜗壳平压阀开启的情况下蜗壳和转轮上腔的压力并没有降下来 为排除蜗壳平压管出现堵塞的情况做了以下两个试验:()在机组关闭状态下确认导叶关闭、接力器压紧行程投入打开球阀工作密封再打开蜗壳平压管路上的液动阀进行蜗壳平压管路冲洗 后关闭液动阀(观察平压管的排水情况)关闭工作密封()在导叶关闭状态下打开球阀让蜗壳和转轮上腔压力升高然后再关闭球阀测试蜗壳进口和转轮上腔压力下降至与尾水平压的时间同时测量平压管流量、记录尾水管进口压力变化从监控报文看在调相压水过程中补气阀频繁动作尾水管的液位也在频繁变化 而流程中尾水管液位是主要判据 尾水液位首次到达停止水位后流程判断压水成功压气停止但实际上尾水管内的液位还在不停晃动从气罐压降看尾水管内的充气量也并未达到使转轮完全脱离水面的体积使转轮脱水后又充水压气量不足转轮未完全脱水致使蜗壳的无叶区压力以及机组功率不下降.处理方案通过针对问题的分析对流程进行了调整在导叶全关时关闭球阀同时进行充气压水 充气的停止条件修改为尾水液位和压气时间的逻辑“与”即液位和压气时间同时满足球阀全关后投入球阀工作密封然后开启蜗壳平压阀其它流程不变 流程调整后成功实现工况转换 结论随着抽水蓄能技术的进步抽水蓄能机组向着高水头、大容量发展 敦化抽水蓄能电站是我国首个自主研制的 水头段机组机组调试过程也是对整个设计制造及各流程的检验 在调试过程中通过对水泵水轮机出现问题的分析总结出了一些分析方法和问题解决策略为后续抽水蓄能项目的调试提供了一定的参考参考文献 许汉平晏卫平.抽水蓄能电站主轴机械密封的失效分析.流体机械():.陈泓宇刘旸何伟晶等.清远抽水蓄能电站 号机组调试遇到的问题及分析.水电站机电技术():.陈骋冯斓.机组报溅水功率保护启动的原因分析.水电站机电技术():.雷焕基.抽水蓄能机组高线速度主轴密封动态平压结构研究与应用.水电站机电技术():.作者简介:曲扬女 年生高级工程师主要从事水轮机及进水阀门设计工作.敦化电站水泵水轮机调试问题及解决策略试验与检测