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萬家寨水利樞紐位于黃河北干流托克托至龍口河段的峽谷內(nèi)，左岸隸屬山西省偏關(guān)縣，右岸隸屬內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾旗。樞紐電站裝有6臺單機容量為180MW的混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為1080MW，年發(fā)電量為27．5億kW?h，年利用小時數(shù)2456h。電站最大毛水頭81．5m，最小毛水頭51．3m，加權(quán)平均水頭69．3m。

萬家寨水電廠首臺機組于1998年11月28日并網(wǎng)發(fā)電，最后一臺機組于2000年12月8日并網(wǎng)發(fā)電。

一、水輪機轉(zhuǎn)輪

萬家寨水電廠＃1～＃4水輪機由天津阿爾斯通水電設備有限公司制造，＃5、＃6水輪機由上海希科水電設備有限公司制造。轉(zhuǎn)輪性能如下：

1．能量指標

水輪機能量指標參數(shù)見表1。

2．氣蝕性能

各運行工況的允許吸出高度見表2。

從表2中可看出，無論是＃1～＃4水輪機，還是＃5、＃6水輪機，均具有較大的氣蝕安全裕度。

另外，無論是＃1～＃4水輪機，還是＃5、＃6水輪機，由于承擔了調(diào)節(jié)電網(wǎng)潮流的任務，實際運行出力的范圍為0～200MW，比標書規(guī)定“負荷在相應水頭下最大保證出力的40％～100％范圍內(nèi)，水輪機均可穩(wěn)定運行”的運行范圍要廣。雖然在30％額定出力左右時振動較大，但機組仍可運行，對調(diào)節(jié)電網(wǎng)潮流相當有利，是山西電網(wǎng)調(diào)節(jié)潮流的首選機組。

二、抗磨蝕措施

考慮到黃河泥沙水對轉(zhuǎn)輪磨蝕的嚴重性，水輪機轉(zhuǎn)輪材料均采用了不銹鋼材料，＃1～＃4水輪機轉(zhuǎn)輪材料是0Cr16Ni5Mo＃5、＃6水輪機轉(zhuǎn)輪材料是GX5CrNi13－4V1。而且，在制造時采用了以下抗磨蝕措施。

1．采用了聚胺脂涂層，俗稱軟涂層

在＃2～＃3水輪機的轉(zhuǎn)輪和＃1～＃4水輪機活動導葉表面采用法國奈爾皮克技術(shù)噴涂聚胺脂涂層；在＃6水輪機固定導葉和尾水管進口1m段采用了德國沃依特技術(shù)噴涂了聚胺脂涂層。但是，無論采用哪國技術(shù)，萬家寨水輪機的軟涂層在極短的運行時間內(nèi)均嚴重脫落，是一次失敗的嘗試。

＃1機組運行1956h（1999年3月13日）后檢查：活動導葉背面密封條以下的聚胺脂涂層脫落嚴重，正面未見脫落；運行5052h（1999年9月2日）后檢查：活動導葉背面密封條以下的聚胺脂涂層脫落嚴重，正面未見脫落；運行14202h（2002年4月3日）后檢查：活動導葉背面密封條以下的聚胺脂涂層脫落嚴重，正面未見脫落，但受撞擊留下的坑凹較多。

＃3機組運行1242h（2000年3月25日）后檢查：活動導葉背面密封條以下的聚胺脂涂層脫落嚴重，正面未見脫落；轉(zhuǎn)輪進口邊靠下冠背面聚胺脂涂層脫落嚴重。運行3807h（2000年11月5日）后檢查：活動導葉背面密封條以下的聚胺脂涂層脫落嚴重，正面未見脫落；轉(zhuǎn)輪葉片背面聚胺脂涂層脫落嚴重，正面聚胺脂涂層基本保留。

＃6機組運行74h（2000年7月29日）后檢查：固定導葉正面和背面的聚胺脂涂層均脫落嚴重。運行1084h（2000年11月13日）后檢查：固定導葉正面和背面的聚胺脂涂層均脫落嚴重，尾水管進口處的聚胺脂涂層的表層基本脫落，但聚胺脂涂層底層基本完好。

2．采用碳化鎢涂層，俗稱硬涂層

在＃5、＃6水輪機的轉(zhuǎn)輪和活動導葉采用了德國沃依特技術(shù)噴涂了碳化鎢涂層。＃6水輪機經(jīng)過72h試運行后（2000年7月29日）檢查，未見脫落，但銹斑較多。運行1084h（2000年11月13日）后檢查：＃6水輪機轉(zhuǎn)輪和活動導葉的碳化鎢涂層上銹跡嚴重。＃5水輪機運行3106h（2001年11月14日）后檢查：＃5水輪機轉(zhuǎn)輪和活動導葉的碳化鎢涂層上銹跡的面積和深度均擴大，較嚴重。銹跡是否使涂層開始受到破壞，不得而知。碳化鎢涂層的實用性待今后運行情況來判定。

3．采用還氧金鋼砂涂層

由于＃2～＃3水輪機轉(zhuǎn)輪聚胺脂涂層嚴重脫落，＃4水輪機轉(zhuǎn)輪采用了天津院科研所配制的國內(nèi)較普遍的還氧金鋼砂涂層，并在其中三個葉片上在還氧金鋼砂涂層的表面又分別噴涂了一層不同的彈性體試驗涂層。2000年10月2日，＃4水輪機在數(shù)小時運行（手動開停機試驗）后檢查，三個葉片上彈性體試驗涂層全部脫落，而母體—還氧金鋼砂涂層完好。2001年7月31日，＃4水輪機運行1949h后檢查：還氧金鋼砂涂層有局部脫落，大部分完好。

4．不采用抗磨蝕涂層

由于供貨和工程進度的矛盾，＃1水輪機轉(zhuǎn)輪表面未進行涂層，在工廠打磨至規(guī)定的表面粗糙度后出廠。＃1機組運行1956h（1999年3月13日）后檢查：轉(zhuǎn)輪線形完好如初，光亮如初；運行5052h（1999年9月2日）后檢查：除表面有個別輕微氣蝕點外，轉(zhuǎn)輪線形完好如初，光亮如初；運行13666h（2001年12月5日）后檢查：除表面有個別輕微氣蝕點外，轉(zhuǎn)輪線形完好如初，但葉片正面有大面積褐色斑跡，背面光亮如初；運行14204h（2002年4月3日）后檢查：除表面有個別輕微氣蝕點外，轉(zhuǎn)輪線形完好如初，葉片正面和背面均光亮如初。分析原因，筆者認為：在萬家寨的水質(zhì)及水力條件下，良好的水力性能及精確的加工制造，轉(zhuǎn)輪靠不銹鋼本體抗磨蝕是很好的措施。

可以說，在萬家寨的水質(zhì)及水力條件下：采用國外技術(shù)的抗磨蝕軟涂層（聚胺脂涂層）脫落嚴重，失敗了；采用國外技術(shù)的抗磨蝕硬涂層（碳化鎢涂層）銹跡斑斑，有擴大趨勢，也失敗了；采用國內(nèi)技術(shù)的還氧金鋼砂涂層效果較好，說明：在水輪機抗磨蝕方面，我國是領先的；目前來看，最好的抗磨蝕措施是：良好的水力性能和精心的加工制造，萬家寨水輪機轉(zhuǎn)輪靠不銹鋼本體抗磨蝕是合適的。因至今為止，機組發(fā)電基本是清水發(fā)電，上述意見未得到泥沙和氣蝕聯(lián)合磨蝕運行工況的證明。

5．超高分子量改性聚乙烯抗磨板

頂蓋和底環(huán)過流面抗磨板均采用了水科院新開發(fā)的超高分子量改性聚乙烯材料，其特點是：抗磨蝕好，便于更換，價格便宜，適應變形能力強，便于現(xiàn)場修磨。實際運行證明了該材料的優(yōu)點。