青铜峡水电站水轮机顶盖排水系统运行效能分析

青铜峡水电站水轮机顶盖排水系统运行效能分析

陆鹏

宁夏黄河水电青铜峡发电有限公司 宁夏吴忠市 751602

摘要：水轮机顶盖排水系统的主要作用是排走水轮机主轴密封和导叶轴套处漏至水轮机顶盖上的水，顶盖排水系统在水轮机的安全稳定运行中起着关键的作用，该系统出现故障会造成水淹水导轴承和顶盖的严重后果，将导致运行机组被迫停机或者退出热备用。

关键词：水轮机顶盖排水系统；效能分析；应对措施

1电站概况及各机组顶盖排水系统设备状况

青铜峡水电站位于宁夏回族自治区青铜峡市，是黄河上游龙青段水电梯级开发规划中的最后一级水电站，是以灌溉、发电为主，兼顾防凌、防汛等多目标综合利用的水利枢纽工程。电站共有9台轴流转浆式水轮发电机，其中1、8、9号机是灌溉机组，2、3、4、5、6、7号机是发电机组，电站总装机容量32.7万千瓦。1号机安装四台顶盖排水泵，两台由自动控制系统控制，人为定时“自动”、“备用”切换，均为潜水泵。两台临时潜水泵由值班员根据顶盖上水情况人为投退。2、3、7号机安装三台顶盖排水泵，均由自动控制系统控制轮换启停，运行过程无需人为切换。4、5、6号机安装四台顶盖排水泵，两台由自动控制系统控制，均为潜水泵。两台临时潜水泵有值班员根据顶盖上水情况人为投退。8号机安装四台顶盖排水泵，除临时泵外均由自动控制系统控制，其中一台带顶盖水位过高信号，不参与切换，另外两台人为定时“自动”、“备用”切换，均为潜水泵。 9号机安装四台顶盖排水泵，两台由自动控制系统控制轮换启停，运行过程无需人为切换。两台临时潜水泵有值班员根据顶盖上水情况人为投退。如图1所示顶盖排水泵安装于高程为1135米的水轮机顶盖上，通过铁管连接至各机组技术供水系统排水总管上排至各机尾水。电站汛期最高尾水位1137.56米，为防止水泵停止时尾水倒灌，在每台水泵出水管路上均安装有止回阀。

图1 顶盖排水泵安装示意图

2. 顶盖排水系统运行过程中存在的问题

2.1水轮机顶盖淤泥

因电站位于黄河青铜峡段，每年汛期黄河水质达到每立方水10Kg沙含量左右，导致机组顶盖出现淤泥，长时间淤积导致控制顶盖泵自动启停的干簧继电器式浮子卡涩。顶盖泵不启动导致顶盖水位上升。

2.2主轴密封磨损

机组长时间大流量运行，部分机组主轴密封磨损严重后导致顶盖上水增加，导致顶盖潜水泵运行时间增加，启动间隔时间缩短，增加了顶盖泵潜水泵能耗。

2.3顶盖泵效率降低

部分机组顶盖排水泵运行几年后逐步出现抽水效率降低的情况，导致顶盖潜水泵单次运行时间延长，甚至停不下来，导致备用顶盖泵启动。

2.4顶盖排水系统管路及阀门老化

因顶盖排水系统管路均为铁管连接，易出现管路破裂导致顶盖泵排出的水倒流回顶盖，顶盖泵各出口止回阀关闭不严导致顶盖泵停止后向顶盖反水。

综上所述，由于多种原因均可导致顶盖排水泵排水时间延长，增加了顶盖潜水泵耗能，目前电站顶盖潜水泵功率均为4千瓦，非汛期顶盖潜水泵平均启动时间为2分钟，间隔平均时间为10分钟，每小时平均启动5次，顶盖潜水泵每小时耗能约0.67千瓦。而汛期顶盖潜水泵平均启动时间为5分钟，间隔平均时间为3分钟，每小时平均启动7次，顶盖潜水泵每小时能耗约2.3千瓦。因此若不能及时发现处理顶盖排水系统运行中的问题，不仅影响水轮机组的安全运行，也增加了电站的厂用电量。

3. 顶盖排水系统效能分析及应对措施

3.1增加顶盖水位浮子处监控

通过增加顶盖水位浮子处监控，使中控室值班人员随时查看顶盖水位浮子处是否有淤泥或其它异物卡涩浮子，能够及时发现顶盖淤泥通知维护人员进行清淤工作，保证顶盖潜水泵正常运行。

3.2更换主轴密封

非汛期情况下，机组具备停机检修条件，通过更换适合汛期泥沙含量大密封性能好的水导密封装置。目前水导密封主要有水压端面密封、双层平板密封和立式浮动密封，但通过长期机组运行发现水压端面密封因其密封原理更符合水质泥沙含量大的工况。汛期情况下机组不具备停机条件可通过增加临时顶盖泵或通过调节水轮机轮叶角度减缓顶盖上水。

3.3更换顶盖排水泵

目前水轮机顶盖排水泵主要有真空自吸泵以及潜水泵，真空自吸泵因其工作原理较潜水泵更为复杂，长期运行对比发现潜水泵要更为可靠稳定。因此目前电站通过机组检修均更换为顶盖潜水泵。但长时间运行顶盖潜水泵会出现老化或电机绝缘不合格，因此若排除主轴密封性能良好，顶盖排水泵启停正常，顶盖排水系统管路及阀门无漏水反水，水轮机顶盖上水时间属于正常范围，则可初步判断顶盖潜水泵抽水效率减低，则可通过停机后更换新的顶盖泵。

3.4更换顶盖排水系统管路及阀门

因水轮机顶盖排水管路为铁管，虽管壁涂有防腐漆，但长时间运行管壁易从内部锈蚀变薄造成破裂跑水，排水管逆止阀阀芯存在不能及时或不复位情况造成返水，因此建立设备台账，达到使用周期后及时通过机组检修更换相关设备。

4结语

机顶盖排水系统在水轮机正常运行中发挥着巨大作用，因此加强运行和维护不仅可以保障机组安全稳定运行，也可以降低顶盖潜水泵运行时间减少耗能。随着科技的发展，顶盖泵从运行人员定期切换主备用泵到目前的PLC控制顶盖泵之间轮流启动，降低了人为操作的工作量。但是在顶盖泵的自动运行过程中仍然需要运行人员检查顶盖排水系统各设备完好正常，发现异常及时处理，避免水淹水导轴承的导致机组非计划停机的产生。因此运行人员必须有分析并能及时处置顶盖上水过快导致水淹水导轴承事故的能力，快速分析出顶盖上水快的原因，保证水轮机安全稳定运行。

参考文献：

[1]丁文华,马加娇.水电厂顶盖排水系统运行效能分析的实践[J].云南水力发电,2019.

[2] 王卫刚,刘兴平.龙口电站轴流式水轮机顶盖排水系统改造［J］.中国水能及电气化,2013.