王记平

 

摘要

      利用水轮机发电的电站，在日常运行中，因汛期极端天气及电网故障的影响机组跳闸、水机瓦事故、水泵烧坏的现象时有发生，跳闸后机房无电源导致集水井水位升高而无法抽水。水机室水位高，维修人员无法到达维修地点，或者水漫过故障点导致无法进行故障处理，常规办法是进水口关水降低水位，或者利用水泵进行抽水，到水位达到可维修水位时，关水泵再进行突击处理（水泵不关停怕漏电引起维修人员触电的危险）。这样维修，耗时耗力，困难重重。本文试利用水轮机补气阀改进排水系统，来解决机房内部排水问题。

      一、项目提出的依据和理由

      每年丰水期，由于江水上涨，尾水升高，就有机房集水井水位增高，发电机坑和蝶阀坑渗水，因尾水倒灌导致立式发电机水机室无法进行检修等隐患。机房集水井水位升高时，要及时利用水泵对水机室进行排水。因汛期极端天气及电网故障的影响机组跳闸时常发生，运行人员劳动强度大。一不注意就有集水井水位增高，造成水淹水机瓦的事故，或者有未及时关停抽水泵导致水泵烧坏的现象，还有就是跳闸后机房无电源导致集水井水位升高而无法抽水的现象，再一个就是在丰水期对立式机组水机室进行维修时，水机室水位高，人员无法到达维修地点，或者水漫过故障点导致无法进行故障处理，常规办法是进水口关水降低水位，或者利用水泵进行抽水，到水位达到可维修水位时，关水泵再进行突击处理（处理故障时水泵不关停怕漏电引起维修人员触电的危险），但几分钟后水位就会升高，人员立即撤离，再次进行抽水，往往半小时能处理的小故障要花费一天的时间或者更久，给企业带来了不小的经济损失。

      二、关键技术与技术特点

      通常的水轮机补气方式有3种：1.尾水管短管补气；2.主轴中心孔补气；3.顶盖强迫补气；还有其他一些类似于这三种的补气方式,如转轮中心补气,从转轮连轴螺栓中心孔进气,由于补气面积较小和受止漏环水流干扰,现已较少采用，而采用最多的补气方式就是尾水管短管补气法。

      补气阀的作用：混流式水轮机一般在30%～60%额定出力时容易在尾水管内发生水流涡带，引起空腔气蚀和机组振动。补气装置的作用，就是在机组出现不稳定工况时，补入空气，可增加水的弹性，改善机组的运行条件。同时，由于补气破坏了真空，还能防止机组突然甩负荷导水机构紧急关闭时，由于尾水管内产生负水击，下游尾水反冲所产生的强大冲击力或抬机现象。

      以装机容量为400KW的卧式机组为例，水轮机设计流量为3.4m³/s,运行期间蜗壳压力为1.2MPa--2MPa,机组转速达到80%时，经过蜗压和水流的作用下，补气阀的吸力相当于一台功率2200W潜水泵的吸力，在不破坏补气阀原有功能的前提下，对补气阀进行技术改造，在补气阀出口上加装和出口管径相同的“止回阀”（止回阀：作用是只允许介质向一个方向流动，而且阻止反方向流动）。

      管道必须选取硬管，例如PVC管、铁质管道、带钢丝的橡胶管等；管道和阀门装置连接处必须要密封好，不能有漏气现象，不然将影响排水质量；污水滤清器采用滤网密度较大的，因为补气阀内部结构特殊，如有异物进入补气阀内部，疏通起来很麻烦。加装此设备会解决机组突然甩负荷导水机构紧急关闭时，给水轮机所产生的负压水流反喷。从止回阀安装弯管连接管道向下延伸与地坪持水平位，加装“三通”接头，垂直端安装阀门，在不需要排水时补气用，水平端根据排水位置延伸管道，管道延伸至空旷不影响其他操作位置，连接一个阀门，此阀门是在需要补气而不需要排水的情况下关闭排水端管道作用，阀门另一端安装一组污水滤清器，防止异物吸入补气阀，造成补气阀的堵塞，滤清器的进水端根据实际排水距离加装管道就可对积水区域进行排水。卧式机组补气阀改造水电站机房内部排水系统详解见图—1。

 

     

 

      只要是水轮机转速达到80%以上就可以正常排水，即使跳闸或维修停机，只要有一台机组转速达到额定频率，就可以起排水作用，即使水抽到干也不会影响机组任何部件。特点在于改造应用简单，造价低廉、可持续使用、实用性强、节能环保、应用面广、可持续性使用、可操作性强等特点，除此之外还有一个最大的特点就是安全，因为排水过程中是不带电的，所以就排除了人员触电的风险，也杜绝了因设备损坏、线路短路带来的火灾风险，安全是企业的生命线，安全所带来的价值，对企业来说是取得效益的前提，没有安全生产就没有效益可言。

      三、技术应用和实效

      此排水系统，适用拥有独立补气阀管道的立式机组、补气阀位于弯管顶端的卧式机组。它代替了水泵，也免去了水泵排水时，因未及时开启水泵导致水淹设备的隐患，和水位下降未及时关闭水泵烧坏水泵或者短路所引起的火灾等损失。既减小了工人的劳动强度，又确保了机组的运行安全，更降低了运行成本。在维修当中、丰水期，还有就是因地理因素导致机房偏低，尾水不畅的环境当中更是体现了这项技术的重要性（比如花庄坝电站）。此项创新技术已经在水电中心试验成功并长期使用。此排水系统以水电服务中心两个电站为实例核算，白林电站每年需排水约1920小时，按2.2kw的水泵排水计算，居民用电电价0.53元/度，节约排水耗电成本2238元；花庄坝电站每年需排水约2880小时，节约排水耗电成本3358元（两站购买水泵和水泵后期维护保养均未在成本计算之列）。在使用过程中，效果相当好，达到了预期的效果。这项技术如得到广泛引用推广，会给电站减小相当一部分费用，比如抽水不需要水泵，省去了购买水泵的成本和水泵运行的功耗，在处理部分设备时省去了间接抽水维修和全部机组停机过程，提高了维修时效，让机组能尽快的投入运行，也解决了跳闸机房无电源时水位升高带来的危害，对电站的节能增效和安全运行起到良好效应。