东江水电站3号机减振增容改造及效益分析

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１概况

　　东江水电站位于湘水支流耒水中上游，控制流域面积４７１９ｋｍ^２，以发电为主，兼有防洪、航运和工业用水等综合效益。安装４台机组，于１９８７年１１月首台机组发电，在系统中主要担负调峰和事故备用任务。由于机组投产以来，振动非常大，不仅不能调频，而且严重威胁发电和水工建筑物安全，因此，我厂计划五年内完成４台水轮发电机组减振增容改造，３号机组属首台改造项目。２００２年７月１日，３号机减振改造主体工程正式开工，通过半年的努力，３号机于２００３年１月８日上午１０时通过７２ｈ试运行，标志着其主体工程全面竣工。

２原电站存在的主要问题

　　东江水电站原机组是容量为１２５ＭＷ的混流式水轮发电机组，转轮型号ＨＬ１６０－ＬＪ－４１０。原机组投产以来，相继发生水轮机振动、转轮叶片大量裂纹且频繁出现、上冠下环空蚀严重、尾水管里衬撕裂、十字补气架脱落、尾水进人门开裂、导水机构连臂松动、水导轴承松动、导瓦间隙增大、大坝裂纹等重大问题。

　　２．１水轮发电机组振动的主要原因

　　１）水轮机设计选型不当。大东江机组运行水头范围为８１ｍ～１３９ｍ，水头变幅过大。额定水头为１１８．５ｍ，而原机型最优工况的设计水头１０４ｍ，在１２０ｍ以上水头运行，水轮机存在较大不宜运行工况区。２）机组转速选择偏低。东江机组的额定转速因历史原因选用１６６．７ｒ／ｍｉｎ，在高水头段远离最优工况，致使转轮进口水流冲角较大，水流对叶片头部形成撞击，并产生复杂的高频或中频水压脉动。３）制造质量差。转轮进出口节距误差大，最大为１４．２％（标准为３％）；叶片焊接时安放角度位置有偏差，而异种钢焊接工艺质量又得不到保证，加剧了机组的振动和破坏。

　　２．２定子铁芯松动原因

　　１）制造质量先天不足。铁芯冲片材质选择不当，本身不平度大，而且漆膜热收缩量大；齿压条刚度不够，不能克服齿部散张问题。２）铁芯压装置不合理。如何保持铁芯的压紧力，并补偿铁芯长时间运行后产生热膨胀变形没有采取有效措施。３）安装工艺质量存在问题。小齿压板和压指高差超标，造成铁芯波浪度在运行中增大。４）水轮机的强烈振动是加剧定子铁芯松动的外因。

　　２．３大坝异常振动的原因

　　引起大坝异常振动的振源来自水轮机。现场测试发现水轮机在振动区运行存在一振动频率接近大坝自振频率，形成共振的条件。初步测试得出大坝引水背管不是引起大坝异常振动的振源。

３减振增容改造过程

　　根据试验结果和对国内改造机组考察分析，认为对东江机组采取叶片修型、改造泄水锥和强迫补气等方法都不能根本消除机组振动。解决东江机组严重缺陷和减轻大坝异常振动的有效途径是重新进行水轮机水转轮的水流设计，重新设计并彻底翻新定子，将减振改造放在首位，兼顾增容。

　　３．１前期准备工作