贯流式机组灯泡头防结露创新性改造和应用

贯流式机组灯泡头防结露创新性改造和应用

安志奇 黄万亨 王明明 陈林 刘竟 余云鹏  黄国平 王毅 刘有德

甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司

摘要：由于电站设计原因，厂房内空气流通性较差，汛期时，在机组泡头、竖井内湿气较大、结露水严重，降低机组定子、转子及出线母排的绝缘，存在机组出线铜排短路接地导致机组非停的安全风险，对泡头、竖井等金属构件腐蚀也比较严重，因此需采取相关需采取措施降低灯泡头湿度。

关键词：炳灵  水电  开发 

前言：炳灵水电站位于黄河干流上，是全国第一个采用“库尾建坝”、“厂顶溢流”设计的水电站，装有5台48 MW灯泡贯流式水轮发电机组。

一、技术原理及性能指标

（一）机组泡头结露分析

1、泡头结露原因分析：

1　泡头结露出现的时段：一般发生在黄河汛期（5月——10月）。

2　特殊的厂房结构：炳灵水电站为我国第一座厂顶溢流式厂房设计结构，泄水建筑物布置于厂房顶部，泄洪设施与主厂房重叠，导致主机层通风不畅，每年汛期泡头容易产生结露。

3　特殊的电站选址：炳灵水电站是我国第一座采用“库尾建坝”的水电站，坝址位于刘家峡水电站库尾。电站控制水水库位1748m，非汛期时，电站尾水位1732.5m，利用水头15.5m；汛期时，电站尾水位1722.5m，利用水头25.5m，此时，机组流道水流速度最快，流道水与灯泡头交换速度最快，泡头壁上的温度最低，结露水严重。

4　其他类型水电站对比：对比同机型、不同厂房结构的河口水电站没有泡头结露产生；对比其他泄水建筑物与主厂房分开布置的水电站也没有结露水产生。

2、泡头结露的危害：

1　大量的泡头结露水滴落在出线铜排上，会造成定子短路接地、机组非停的安全隐患。

2　灯泡头结露水多、湿度大，会降低定、转子绝缘，有绝缘击穿的安全风险。

3　长期的结露水浸泡在泡头壁上，对金属构件有腐蚀作用，降低构件强度。

3、历次防结露措施分析

1　泡头加装鼓风机：在泡头安装一台蜗壳式强力排风机，汛期时，将泡头内部的热量通过排风机、通风管直接排出竖井口外。这种排风机的排风范围有限，只能将风机周围的空气吸入排至泡头顶部，泡头其他部分热量还是会上升至竖井壁形成结露。

2　泡头筋板放置吸水棉布并定期擦拭：在泡头竖井内壁筋板处放置棉纱，通过棉纱吸附内壁产生的结露水，停机时人工更换棉纱。此方法可以吸附部分结露水，人员在操作时存在安全风险，且工作量大。

3　泡头空气供排水管上包裹隔热毛毡：为了阻止汛期竖井空冷管路上出现结露水，在空冷管路上绑扎毛毡，防止热空气与空冷管路表面发生热交换。

4　开启通风机并在吊物孔装设排风机加强厂房通风：为改善主机层通风环境，汛期开启1728层每个机组段的通风机，并在安装间三个吊物孔上加装大功率排风扇，两个吊物孔向下吹风，一个吊物孔向上吸风，并开启主副安装间大门，加强循环。

5　发电机出线铜排热缩绝缘套管措施：在机组泡头竖井断出线母排上热缩黄、绿、红三色热缩套，提高了机组出线母排的绝缘强度，防止结露水产生后直接与铜牌接触导致短路接地、机组非停。

以上措施都已采取，但仍未能彻底消除机组泡头结露，公司组织相关技术人员对产生的结露的原因进行了详细的分析，并采取竖井加装保温材料，加装防结露控制系统等改造，彻底消除了结露水。

(二）改造方案

对于以上“厂房通风无法更好的改善”、“汛期灯泡头表面热交换无法降低”、“机组泡头的发热量无法减少”的情况，我们改进行了一一排除；结露的产生原因是热空气与冷空气短时间的碰撞，所以要彻底解决结露，一个是将灯泡头形成密闭的空间，对里面的的湿热空气进行除湿干燥，二个是将发生热交换的竖井内壁表面进行阻隔。

因此，我们提出来在发电机泡头里面装设一套可以吸收泡头内部各个方向的泡头湿气的除湿系统和在泡头壁加装隔热保温壁板的综合设计改造方案。

1、泡头加装泡头防结露控制系统

控制系统组成如图1组成框图所示。主要由现地测量设备、除湿控制系统及执行元件及辅助部分组成四部分组成。

1　现地测量设备

包括5套温湿度传感器、1套液位传感器。主要功能是成组测量环境温度和湿度，分别布置在竖井顶部，竖井中段，泡头顶部，泡头中间和泡头底部。液位传感器布置在积水槽中，测量积水槽水位。现地传感器将输出4-20mA信号输送至控制系统的PLC中。

2　除湿控制系统

主体控制部分由触摸屏、PLC、继电器、接触器等组成。触摸屏用来参数设置、状态显示及故障记录，是除湿控系统的人机界面。PLC用来核心计算、逻辑运算及输出控制信号。继电器、接触器用来输出信号及控制风机、除湿机、排水泵的启停。

3　现地执行元件

包括冷凝式除湿机1、转轮式除湿机2、送风系统和输风管路、水泵及管路等组成，如图3所示。

冷凝式除湿机1：主要用来除去湿空气中的水分，并将凝结水排至积水槽。采用高效紫铜翅片热交换器，换热效率高，智能检测，自动除霜。除湿机采用离心式风机，外部排水，需要安装排水管和收集冷凝水。排水泵根据水位信号，将积水槽中水及时排出。

转轮式除湿机2：采用进口除湿转轮，采用AC380V电源，功率6.8KW。立式安装，上侧和下侧进风，侧面出风。用来将空气湿度降低到低温露点下，确保破坏结露的形成条件。

送风系统：由3套轴流风机和输风管路组成，使泡头内形成空气循环，从而使干燥空气覆盖整个泡头表面，并使干燥空气达到引出线等重点部位并形成风幕，保护设备防止产生结露，如图5所示。风机采用整体箱式结构，送风量60m3 /h，2套风机安装在除湿机2干燥空气出口处，其中1套将干燥空气送至引出线装置内部，另1套采用2个串联风机，将干燥空气送至泡头顶部。第3套风机布置在引出线上方泡头中间隔板处，将泡头上下部空气连通并产生空气循环。输风系统由薄壁管路及送风嘴组成，管路延泡头壁布置，并采用支架固定。在相应的送风管路中，留有送风专用的带缓冲腔的送风嘴，分别布置在引出线部位2个，泡头上部3个，中部2-3个，下部1-2个。

辅助部分包括竖井封闭门、积水槽及相关安装支架等。竖井封闭门采用轨道方式，具体结构尺寸根据现场免爬器位置实作。积水槽和相关支架根据需要配置。

4　在泡头口做成活动封闭门，将泡头内做成相对密闭的空间，减少外部湿空气的进入，有利于除去泡头内湿空气的水分。

5　对重点需要防结露的部位，分区域将干燥空气直接注入，形成局部空气流动，并与干燥空气隔离。

2、竖井壁加装隔热保温壁板

在泡头内壁用2mm厚钢板做表层，以筋板为隔断做厚度7cm的隔层处理，钢板用45×45角钢与竖井焊接固定，用3cm厚防火岩棉围绕竖井内壁覆盖一层固定，隔层内空余部分用隔热泡沫胶填充，钢板表面用白色防结露漆涂刷。如下图所示：

二、技术的创造性与先进性

1、通过在机组泡头加装隔热保温措施，竖井内壁结露明显减少，较未采取保温措施的机组平均降低了约6%，在机组大修吊出泡头时可采取此改造方案。

2、通过增加泡头除湿系统，有效地减少泡头湿度，加装泡头防结露控制系统后泡头湿度较其他未采取措施的机组下降了7.7%。

三、技术的成熟程度，适用范围和安全性

（一）技术成熟程度

1、2021年2月，一台机组泡头采取了加装隔热保温措施，截至目前已安全运行3年多，较其他机组结露水明显减少，泡头湿度下降了6%，未发生由于结露水导致的定子接地事故。

2、2023年4月，完成了机组泡头防结露控制系统的改造，加装后结露水明显减少，泡头湿度下降了7.7%，机组未发生由于结露水导致的定子接地事故。

四、结束语 

此种创新性改造适用于解决贯流式机组汛期泡头结露水大的问题，积累了一定的实践经验，在同类型机组有很好的推广应用价值。2023年7月19日，蜀河电站技术人员到炳灵水电站针对泡头防结露方案进行了调研，他们计划在机组小修时泡头加装防结露控制系统，在大修时泡头竖井加装保温隔热棉来彻底消除泡头结露。

参考文献：

[1]王启彦.灯泡贯流式机组外循环轴承油系统防结露措施[J].小水电, 2005(2):3.DOI:10.3969/j.issn.1007-7642.2005.02.018.

[2]郝龙,常运超,惠建伟,等.灯泡贯流式水轮发电机组的灯泡头和锥体吊装方法:202010206636[P][2024-04-07].