劉殿興 張衡 李江濤 李賀寶 李長勇 趙江

摘? 要：抽水蓄能機組具有轉(zhuǎn)速高、容量大以及工況轉(zhuǎn)換頻繁的特點，在電網(wǎng)中通常承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的任務(wù)，其狀態(tài)直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行。北京十三陵抽水蓄能電廠是北京市唯一的抽水蓄能電站，該電站裝設(shè)4臺單機容量為200MW的可逆式水泵水輪機組，機組于1997年6月全部投運。被喻為“點亮首都北京的最后一根火柴”，承擔(dān)著重要的政治保電任務(wù)。隨著機組服役年限的不斷增加，水泵水輪機部件可能會產(chǎn)生必要的空蝕、磨蝕、磨損或疲勞，造成機組性能下降，嚴重時甚至導(dǎo)致故障，對機組的安全穩(wěn)定可靠運行帶來較大的隱患。該文是根據(jù)《十三陵抽水蓄能電站3號機組水泵水輪機主要部件狀態(tài)評估檢查表》，依據(jù)《水泵水輪機狀態(tài)評價導(dǎo)則》的評分原則，對該機組主要部件進行狀態(tài)進行評估，并根據(jù)評估結(jié)果提出相應(yīng)的處理建議，為電站后期的運維提供參考，并為其他電站水泵水輪機狀態(tài)評估提供借鑒。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站? 水泵水輪機? 狀態(tài)評價體系? 評估模型

中圖分類號：TK734? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2020）09（b）-0046-06

Status Evaluation of Pump Turbine in Shisanling Power Station

LIU Dianxing1? ZHANG Heng1? LI Jiangtao1? LI Hebao1? LI Changyong2? ZHAO Jiang2

（1.State Grid Xinyuan Shisanling Pumped Storage Power Plant， Beijing， 102200 China; 2.Voith Hydro Shanghai Co.， Ltd.， Shanghai， 200240? China）

Abstract： Special features of the power units are obvious as high speed， large capacity and fast transition for load transfer. The units are usually playing more important roles in the grid as peak load adjustment， frequently operating in partial load， condense operations and standby. Operational safety， reliability and stability become more important and critical. Beijing Shisanling Pumped storage Power Plantis the only Pumped Storage Power Station in Beijing. Four reversible pump-turbine units with a capacity of 200 MW per unit were installed in the power station. All units were put into operation in June 1997. It has been described as "the last match to light up the capital of Beijing" and undertakes an important political task of power conservation. With the increasing service life of the unit， the gradual cavitation， abrasion， wear or fatigue may occur in the components of the pump turbine， which may cause the performance of the unit to decline， even lead to failure in serious cases， and bring greater hidden dangers to the safe， stable and reliable operation of the unit. This paper evaluates the condition of the main components of the pump turbine according to State evaluation checklist of the main components of the U3 pump turbine for Shisanling Pumped Storage Power Station and the scoring principle in Guideline of Condition Assessment Pump Turbine. Based on the evaluation results， it puts forward corresponding treatment suggestions for the later operation and maintenance of the power station. It can be reference for the condition evaluation of other PSP pump turbines.

Key Words： Pump storage power plant; Pump turbine; Condition assessment system; Evaluation model

抽水蓄能機組具有轉(zhuǎn)速高、容量大以及工況轉(zhuǎn)換頻繁的特點，在電網(wǎng)中通常承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用的任務(wù)，其狀態(tài)直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行。十三陵抽水蓄能電站裝設(shè)4臺單機容量為200MW的可逆式水泵水輪機組，4臺機機組于1997年6月全部投運。隨著機組服役年限的不斷增加，水泵水輪機部件可能會產(chǎn)生必要的空蝕、磨蝕、磨損或疲勞，導(dǎo)致機組性能下降，嚴重時可導(dǎo)致機組故障，對機組的安全穩(wěn)定可靠運行帶來較大的隱患。因此，有必要對水泵水輪機的主要部件開展狀態(tài)評價研究，以便識別、分析和評估潛在的安全風(fēng)險，并提出相應(yīng)的應(yīng)對措施，為水泵水輪機的檢修維護提供科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)，保障抽水蓄能機組的可靠安全穩(wěn)定運行。該文是根據(jù)十三陵電廠日常運行、檢修檢查記錄，并在大修期間采用測量，探傷等手段對關(guān)鍵區(qū)域進行檢查，并對數(shù)據(jù)進行歸類整理形成檢查表《十三陵抽水蓄能電站3號機組水泵水輪機主要部件狀態(tài)評估檢查表》，然后依據(jù)《水泵水輪機狀態(tài)評價導(dǎo)則》的評分原則，對該機組主要部件狀態(tài)進行評估，并根據(jù)評估結(jié)果提出相應(yīng)的處理建議，為電站后期的運維提供參考，并為其他電站水泵水輪機狀態(tài)評估提供借鑒。

1? 狀態(tài)評價部件和評價準則

根據(jù)十三陵電站水泵水輪機的特點，評價主要部件包括尾水錐管、蝸殼座環(huán)、導(dǎo)水機構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、主軸、水導(dǎo)軸承、主軸密封、伸縮節(jié)（主進水閥）。評價準則以《水泵水輪機狀態(tài)評價導(dǎo)則》試用版為依據(jù)。

2? 主要部件狀態(tài)評價流程

主要部件狀態(tài)評價主要分為3個流程，具體見圖2。首先，由電站根據(jù)運行，維護數(shù)據(jù)和檢修記錄按標準的狀態(tài)評估檢查表進行記錄整理。其次，對照水泵水輪機狀態(tài)評價導(dǎo)則評分標準對各部件各狀態(tài)量進行評分，并根據(jù)扣分情況對部件或整個機組狀態(tài)進行評估。最后，根據(jù)各部套或整個機組評估狀態(tài)提出相應(yīng)的運維建議。

3? 主要部件檢查表

水泵水輪機作為一個系統(tǒng)，其主要部件包括蝸殼座環(huán)、導(dǎo)水機構(gòu)（包括頂蓋、底環(huán)、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉套筒、拐臂及連桿、控制環(huán)、導(dǎo)葉接力器）轉(zhuǎn)輪、水導(dǎo)軸承、主軸及主軸密封。主要部件狀態(tài)評估檢查表作為部件狀態(tài)評估的輸入文件，總體涵蓋了各主要部件狀態(tài)評估狀態(tài)量，信息分為以下幾部分：基本參數(shù)、外觀檢查記錄、NDT無損探傷、測量以及附圖/照片。

該文選取尾水錐管為示例，對狀態(tài)檢查表進行描述。

3.1 基本參數(shù)

主要基本參數(shù)為部件基本特征，作為部件設(shè)計和運行基本要素，直接影響機組的壽命和運行狀態(tài)，尾水錐管主要參數(shù)及運行時間具體見表1。

3.2 外觀檢查

對部件進行整體外觀檢查，以評估部件整體運行情況和以及和關(guān)聯(lián)部件的接口，尾水錐管外觀檢查及業(yè)主反饋信息具體見表2。

3.3 注意事項

檢查時需注意重點關(guān)注區(qū)域，以評估部件最惡劣的情況，有效排除可能故障，檢查時重點關(guān)注區(qū)域具體見表3。

3.4 NDT無損探傷

根據(jù)現(xiàn)場情況對部件注意關(guān)鍵區(qū)域進行NDT探傷檢查，結(jié)果具體見表4。

3.5 測量

錐管本體和油漆厚度測量情況具體見表5。

4? 主要部件狀態(tài)評價

在參考電流互感器狀態(tài)評價導(dǎo)則和設(shè)備狀態(tài)評價與風(fēng)險評估導(dǎo)則的基礎(chǔ)上，該文依據(jù)確定的水輪機狀態(tài)評估檢查表里的記錄，對部件狀態(tài)打分。表6為水輪主要部件狀態(tài)評估檢查表的一部分尾水錐管狀態(tài)評價作為示例。

5? 評價

最后根據(jù)各部件的扣分情況，匯總形成最終的評價報告，并根據(jù)部件評價給出相應(yīng)的處理建議，可為機組的檢修維護工作決策提供參考依據(jù)。十三陵抽水蓄能電站機組額定水頭430m，額定出力為200MW，額定流量為53.6m3/s，額定轉(zhuǎn)速為500rpm。其中3號機于1996年12月投入商業(yè)運營，上次檢修日期為2019年5月，該報告以上次檢修的記錄為依據(jù)對其進行狀態(tài)評估。

（1）根據(jù)檢修記錄尾水管局部油漆脫落，壓氣管接口焊縫空蝕和腐蝕較嚴重。根據(jù)表6水輪機主要部件狀態(tài)評價表可知尾水管單項最大扣分值為16，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評價表可知尾水管處于正常狀態(tài)。根據(jù)狀態(tài)評估結(jié)果建議利用檢修的機會，對空蝕、腐蝕區(qū)域打磨、補焊、補漆，空蝕區(qū)域的打磨需光滑過渡。

（2）根據(jù)檢修記錄蝸殼座環(huán)存在局部的腐蝕，固定導(dǎo)葉局部氣蝕。根據(jù)表6水輪機主要部件狀態(tài)評價表可知蝸殼座環(huán)單項最大扣分值為45，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評價表可知蝸殼座環(huán)處于正常狀態(tài)。根據(jù)狀態(tài)評估結(jié)果建議對腐蝕，油漆脫落區(qū)域進行補漆，按廠家提供的修補工藝對固定導(dǎo)葉進行修補。

（3）根據(jù)檢修記錄頂蓋、底環(huán)抗磨板均存在不同程度的磨損，且頂蓋底環(huán)局部空蝕銹蝕，頂蓋/底環(huán)固定止漏環(huán)偏磨嚴重，活動導(dǎo)葉局部空蝕、碰傷，個別存在上下端邊緣破損，套筒內(nèi)部腐蝕嚴重，固定螺栓存在斷裂，軸套潤滑脂有脫落情況軸承。根據(jù)表6水輪機主要部件狀態(tài)評價表可知導(dǎo)水機構(gòu)單項最大扣分值為72，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評價表可知導(dǎo)水機構(gòu)處于異常狀態(tài)。建議對抗磨板、止漏環(huán)進行更換，在更換時需要注意相應(yīng)的定位基準和間隙，對導(dǎo)葉套筒及固定螺栓、導(dǎo)葉軸承進行更換，對過流面局部空蝕、銹蝕進行打磨修復(fù)并補漆。

（4）根據(jù)檢修記錄轉(zhuǎn)輪葉片表面輕微空蝕。根據(jù)表6水輪機主要部件狀態(tài)評價表可知轉(zhuǎn)輪單項最大扣分值為40，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評價表可知轉(zhuǎn)輪處于注意狀態(tài)。根據(jù)評估結(jié)果建議對葉片空蝕區(qū)域進行拋磨處理。

（5）根據(jù)檢修記錄主軸情況良好。根據(jù)表6水輪機主要部件狀態(tài)評價表可知主軸單項最大扣分值為10，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評價表可知主軸處于正常狀態(tài)。根據(jù)評估結(jié)果主軸不用進行任何處理。

（6）根據(jù)檢修記錄水導(dǎo)軸承情況總體良好，個別導(dǎo)瓦存在局部磨損。根據(jù)表6水輪機主要部件狀態(tài)評價表可知水導(dǎo)軸承單項最大扣分值為15，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評價表可知水導(dǎo)軸承處于正常狀態(tài)。根據(jù)評估結(jié)果建議對磨損的導(dǎo)瓦進行更換。

（7）根據(jù)檢修記錄主軸密封情況總體良好，嵌入密封環(huán)剩余磨損量3mm。根據(jù)表6水輪機主要部件狀態(tài)評價表可知水導(dǎo)軸承單項最大扣分值為15，然后根據(jù)表7主要部件狀態(tài)評價表可知水導(dǎo)軸承處于正常狀態(tài)。根據(jù)評估結(jié)果建議對嵌入密封環(huán)和O型圈進行更換。

6? 結(jié)語

水泵水輪機的狀態(tài)評價是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，該文基于水泵水輪機評價導(dǎo)則，對狀態(tài)量按實際檢查的項目進行了分化，并歸納成檢查表，然后按檢查表的記錄對各部件的狀態(tài)量進行打分，實現(xiàn)了水泵水輪機系統(tǒng)及主要部件的狀態(tài)的量化評價，為機組的檢修維護工作提供決策依據(jù)，并為水泵水輪機評價導(dǎo)則的運行進行了實踐運用，對其他水泵水輪機的狀態(tài)評價具有一定的參考意義。

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