東江水電站3號機(jī)減振增容改造及效益分析

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１概況

　　東江水電站位于湘水支流耒水中上游，控制流域面積４７１９ｋｍ^２，以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)和工業(yè)用水等綜合效益。安裝４臺機(jī)組，于１９８７年１１月首臺機(jī)組發(fā)電，在系統(tǒng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰和事故備用任務(wù)。由于機(jī)組投產(chǎn)以來，振動非常大，不僅不能調(diào)頻，而且嚴(yán)重威脅發(fā)電和水工建筑物安全，因此，我廠計劃五年內(nèi)完成４臺水輪發(fā)電機(jī)組減振增容改造，３號機(jī)組屬首臺改造項目。２００２年７月１日，３號機(jī)減振改造主體工程正式開工，通過半年的努力，３號機(jī)于２００３年１月８日上午１０時通過７２ｈ試運(yùn)行，標(biāo)志著其主體工程全面竣工。

２原電站存在的主要問題

　　東江水電站原機(jī)組是容量為１２５ＭＷ的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)輪型號ＨＬ１６０－ＬＪ－４１０。原機(jī)組投產(chǎn)以來，相繼發(fā)生水輪機(jī)振動、轉(zhuǎn)輪葉片大量裂紋且頻繁出現(xiàn)、上冠下環(huán)空蝕嚴(yán)重、尾水管里襯撕裂、十字補(bǔ)氣架脫落、尾水進(jìn)人門開裂、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)連臂松動、水導(dǎo)軸承松動、導(dǎo)瓦間隙增大、大壩裂紋等重大問題。

　　２．１水輪發(fā)電機(jī)組振動的主要原因

　　１）水輪機(jī)設(shè)計選型不當(dāng)。大東江機(jī)組運(yùn)行水頭范圍為８１ｍ～１３９ｍ，水頭變幅過大。額定水頭為１１８．５ｍ，而原機(jī)型最優(yōu)工況的設(shè)計水頭１０４ｍ，在１２０ｍ以上水頭運(yùn)行，水輪機(jī)存在較大不宜運(yùn)行工況區(qū)。２）機(jī)組轉(zhuǎn)速選擇偏低。東江機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速因歷史原因選用１６６．７ｒ／ｍｉｎ，在高水頭段遠(yuǎn)離最優(yōu)工況，致使轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流沖角較大，水流對葉片頭部形成撞擊，并產(chǎn)生復(fù)雜的高頻或中頻水壓脈動。３）制造質(zhì)量差。轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口節(jié)距誤差大，最大為１４．２％（標(biāo)準(zhǔn)為３％）；葉片焊接時安放角度位置有偏差，而異種鋼焊接工藝質(zhì)量又得不到保證，加劇了機(jī)組的振動和破壞。

　　２．２定子鐵芯松動原因

　　１）制造質(zhì)量先天不足。鐵芯沖片材質(zhì)選擇不當(dāng)，本身不平度大，而且漆膜熱收縮量大；齒壓條剛度不夠，不能克服齒部散張問題。２）鐵芯壓裝置不合理。如何保持鐵芯的壓緊力，并補(bǔ)償鐵芯長時間運(yùn)行后產(chǎn)生熱膨脹變形沒有采取有效措施。３）安裝工藝質(zhì)量存在問題。小齒壓板和壓指高差超標(biāo)，造成鐵芯波浪度在運(yùn)行中增大。４）水輪機(jī)的強(qiáng)烈振動是加劇定子鐵芯松動的外因。

　　２．３大壩異常振動的原因

　　引起大壩異常振動的振源來自水輪機(jī)?，F(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)在振動區(qū)運(yùn)行存在一振動頻率接近大壩自振頻率，形成共振的條件。初步測試得出大壩引水背管不是引起大壩異常振動的振源。

３減振增容改造過程

　　根據(jù)試驗結(jié)果和對國內(nèi)改造機(jī)組考察分析，認(rèn)為對東江機(jī)組采取葉片修型、改造泄水錐和強(qiáng)迫補(bǔ)氣等方法都不能根本消除機(jī)組振動。解決東江機(jī)組嚴(yán)重缺陷和減輕大壩異常振動的有效途徑是重新進(jìn)行水輪機(jī)水轉(zhuǎn)輪的水流設(shè)計，重新設(shè)計并徹底翻新定子，將減振改造放在首位，兼顧增容。

　　３．１前期準(zhǔn)備工作