高海拔水电站水力机械专业设计若干经验总结

【摘要】本文从设计角度，对西藏藏木水电站在电站在建设期间或投运后发现的与高海拔相关的问题进行总结。通过总结，可为其它高海拔电站的设计在一些细节上提供参考。

【关键词】高海拔；水力机械；经验总结

1、引言

藏木水电站为西藏历史上第一座具有里程牌意义的大型水电站，电站首台机于2014年11月投产发电。藏木水电站设有6台混流式机组，总装机51万kW。目前，6台机组均已投产发电，机组运行稳定。

藏木水电站工程有较多亮点，在设计上可为西藏其它电站提供较好的参考意义。但任何事情都有两面性，我们在看到成绩的同时，更应对美中不足之处加以总结，以便后续电站设计尽量避免设不足之处。藏木水电站设计过程中要克服一个显著特点就是高海拔，厂房处海拔高程超过3200m。众所周知，随着海拔的增加，机电设备会出现焊接质量变差、电机效率下降、电气绝缘性能变差、设备散热不充分等问题。本文从高海拔角度，对设计院水力机械专业设计的若干经验进行总结。

2、水力机械设备选型若干经验总结

（1） 结构连接件尽量减少高海拔地区现场焊接工作量

西藏高海拔地区由于空气稀薄，部件的人工焊接质量相对内地更难以保证。因此，机组各部相互连接的部位可考虑采用螺栓把合等方式，如4#～6#机组的分辨定子机座、分辨转子支架及上下机架支臂采用了现场螺栓把合的结构，装配后的设备质量得到了较好保证。

（2） 高寒地区电站尾水闸墩出口处的排水管宜向下设置一定坡度

藏木电站地处西藏高海拔寒冷地区，极端最低气温可达-16.6℃，为防止尾水闸墩出口处的排水管在冬季出现结冰封堵情况，水力机械专业将尾水闸墩内垂直埋管尽量远离混凝土面（防冻厚度外），出口的水平埋管设计成斜下形式。渗漏及检修排水泵停泵时，水平管段内的存水可自流至尾水中不会产生冻结，垂直段存水由于距离混凝土面距离较远也不会冻结。

（3） 高寒地区电站检修排水泵出口可设置管路排空阀

除出口管路向下倾斜设计外，藏木电站在检修排水泵出口也设置有排空阀。由于机组检修排水泵仅在机组检修排水时启动，为防止排水管内存水结冰封堵现象，水力机械专业在检修排水泵出口管路的底部设置了一只DN25mm排空用球阀，该阀平时处于关闭状态；当机组完成检修时，打开该排空用球阀，将排水管内的存水排空，以防止下台机组检修时出现排水管内存水结冰，无法使用的情况。

（4） 高海拔机组的油槽设计应避免出现内挡油环侧真空

藏木1#机组调试期间，开机前测得下导油槽油位为90mm（油位尺读数，不是距油槽底部高度），开机3h后油位降至34.4mm，并且机坑内下导以下端面伴有甩油现象，经检查确认为下导内档油环处甩油，并且机组运行时间越长油位越低、甩油越严重。经停机检查，并未发现档油环出现问题，且停机时间超过1h后油槽内油位自动恢复至启机前的静止油位。经分析，原因为机组运转时油槽内侧形成负压，润滑油被吸入油挡环内圈，随着机组运行时间增加，油槽内负压越大、导瓦内侧油位越高、外侧油位越低；机组停机后，由于油槽内的真空被破坏，油位由油槽内侧自流回外侧，油位又恢复正常。

现场处理方法为在下导油槽顶部开设12个孔并装设油呼吸器，增大油槽呼吸器通流面积以减少空气流通阻力。针对此情况，在以后西藏高海拔低气压地区机组采购过程中，应考虑因当地气压低较易出现油槽内侧真空的可能性，强调在机组结构设计时予以重视，避免出现类似情况。

（5） 高海拔机组集电环与碳刷的结构与布置应考虑空气稀薄不利散热的影响

1#～3#机组运行时发现碳刷温度过高，特别是3#机组达到近100℃，经检查后发现主要原因是由于发电机碳刷与集电环布置于封闭式结构中。制造厂将碳刷与集电环设计在密闭结构中原本是为了用吸尘器吸出碳刷与集电环摩擦产生的粉尘，但由此也带来了摩擦产生的热量不能及时有效散出的问题。因此，对于以后的西藏高海拔电站机组而言，应考虑空气稀薄的实际情况，集电环与碳刷的外部结构与布置应考虑更利于散热的形式。

（6） 高海拔水泵选型应考虑考虑空气稀薄不利散热的影响

藏木机组的循环供水泵采用长轴深井泵，每台机组设置2台，一主一备、主备定期切换。机组投运后发现：主备水泵按照控制流程设定的12h切换一次情况下，水泵电机轴瓦的温度偏高，最高时达110℃。为此，电厂运行人员将主备水泵的切换时间调整为6h，水泵电机轴瓦的最高温度也降低至100℃以内。

针对高海拔大容量电机的长轴泵，选型时应注意以下原则：（1）尽可能选用电机置于水下的潜水深井泵，电机可以通过井内积水冷却；（2）若采用常规空冷式长轴深井泵，必须考虑设置主备水泵切换，在招标阶段除提出高海拔空气稀薄对电机散热可能产生的影响外，还应请制造厂提高电机附属设备如轴瓦等的散热能力。

（7） 西藏地区机组的透平油牌号选择应考虑冬季寒冷影响

由于藏木电站主厂房在冬季特别是夜晚的气温度较低，机组使用L-TSA46#汽轮机油的粘度较大，运行中容易造成油系统滤芯堵塞。因此，后续西藏项目或寒冷地区的水轮发电机组用透平油可以考虑使用粘度相对较低的L-TSA32#汽轮机油（透平油牌号即为40℃下的中间点运动粘度值（mm2/s）），并在机组招标文件时就予以明确。

3、结论

如今，藏木电站已建设完毕，但西藏尚有其它水电工程正在或即将开发。对藏木工程在设计、施工、运行过程中的相关问题进行总结，有利于其它工程对此进行借鉴，扬长避短，以建设更加出色的优质工程。