牛欄溝水電站機組技術供水不足分析及解決措施

黃登海，楊 東

（華能瀾滄江新能源有限公司，云南省昆明市 650214）

1 電站概況

牛欄溝水電站位于云南省橫江流域岔河至鹽津縣城段，是流域八級中的第6級電站，為河床壩后式開發(fā)，廠房布置在大壩的左側，右側為三個敞開式的泄洪沖沙孔。電站水庫正常蓄水位488.00m，相應庫容161.0萬m3，校核洪水位491.36m，對應庫容238萬m3。電站引用流量230.4m3/s，額定水頭12.3m，電站主要任務是發(fā)電。裝設2臺12.4MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為24.8MW。機組年利用小時為4560h，多年平均發(fā)電量1.14億kWh。

2 技術供水方式介紹

電站機組技術供水系統(tǒng)的主要任務為向發(fā)電機空氣冷卻器、機組軸承冷卻器及主軸密封等設備提供潤滑水。發(fā)電機空氣冷卻器冷卻水量約為100m3/h，軸承油冷卻用水量約為30m3/h，主軸密封用水量約為5m3/h。

本電站工作水頭范圍為7.14～15.22m，采用水泵供水方式，供水水源取自上游水庫，設兩個壩前取水口，經自動濾水器后與全廠技術供水總管相連，每個取水口滿足兩臺機組冷卻水量的要求，互為備用。每臺機組設兩臺技術供水泵，從技術供水總管上取水，水泵設計流量150m3/h，設計壓力為0.3MPa，揚程為28m，功率為18.5kW，水泵一臺工作，另一臺備用，供至用戶采用雙向供水方式，冷卻水排水排至下游尾水。主軸密封供水采用高位水箱供水作為主水源，備用水源來自技術供水系統(tǒng)。

牛欄溝水電站在設計初期，考慮到關河水質因素，為保證供水系統(tǒng)運行正常，對技術供水系統(tǒng)取水口采取防堵塞措施的設計，在取水口處設有網孔格柵，防止污物進入管道，引起供水管道堵塞；在取水口處設有氣壓吹掃，采用兩臺低壓空壓機提供氣源，0.8MPa、0.5m3獨立氣罐分別可對四個技術供水取水口進行吹掃。主要考慮保證機組供水清潔，在大壩取水口處采用330mm×330mm的鋼板，在鋼板上開設20mm圓周孔作為取水口的欄污。

3 前期處理措施及結果

3.1 處理措施

（1）2014年6月5日實施消防管上用DN25軟管取水，利用消防水池的高差壓力，進行2號機組取水口沖洗。沖洗后，運行技術供水系統(tǒng)，供水不足的現(xiàn)象未有改善。初步分析，DN25管徑較小，吹掃水量偏小，不足于吹開取水口堵塞物。

（2）實施消防水替代氣壓吹掃方案，并未取得預期效果后。又使用消防水池內的水，用DN80的高壓軟管連接到2號機2號泵前取水口閥門，對2號機組2號取水口及管道進行反沖洗，進行泵至取水口連接管道反沖洗，沖洗壓力顯示約為0.2MPa。15min沖洗完成后，使用2號機1號泵配合2號機2號取水口運行抽水，水泵出口壓力顯示為0.18MPa，比沖洗前0.15MPa有所改變，但效果不明顯。

（3）6月8日，采用壓縮空氣對2號機2號取水口進行吹掃排污，保持氣罐氣壓0.4～0.76MPa，完成3次取水口吹掃。吹掃過程中觀察大壩取水口水面，有氣泡從水面冒出，水面漂浮垃圾吹開。吹掃過程中，取水口水面見圖1、圖2。經過3次取水口吹掃后，進行2號機1號泵配合2號機2號取水口運行，壓力值到達0.24MPa，比吹掃前0.14MPa有明顯的效果。水壓保持約20s后壓力逐漸下降，效果仍然不明顯。

3.2 處理結果

（1）經現(xiàn)場檢查，濾水器濾網無堵塞，壓差信號未收到報警信號，濾水器工作正常。濾水器未堵塞。

（2）現(xiàn)場人員在實施2號機組2號取水口及管道進行反沖洗過程中。拆除2號機2號水泵前閥門，觀察管路內壁及水泵內壁，無明顯泥沙和附著物。適當打開取水口閥門，水流呈噴射狀涌出，水質無明顯泥沙，但流量明顯不足，見圖3。

（3）在技術供水系統(tǒng)運行中，水泵運行無異響，電機無發(fā)熱現(xiàn)象，檢查水泵泵輪，無卡阻。調節(jié)泵后閥門，壓力能正常上升。

（4）根據現(xiàn)場實施的措施及運行現(xiàn)象，技術供水取水口，應有異物堵塞，由于取水口在水面12m以下，現(xiàn)場很難進行堵塞物的判斷和清理。

由于水質會受上游施工、氣候、水生物等因素影響，隨環(huán)境變化而變化。為滿足機組冷卻供水取水要求，電站取水口設置在最低運行水位以下，由于無法觀察到取水口堵塞狀況及堵塞物，要清理取水口堵塞物，都存在極大困難。目前，要徹底性解決取水口堵塞問題，需要降低水庫水位，能觀察到取水口堵塞狀況和堵塞物，才能針對性制定取水口改造方案。

圖1 吹掃前

圖2 吹掃后

圖3 吹掃后流量

4 供水不足原因分析

電站雖然投產之初便充分考慮了技術供水的防堵塞措施，但投產后機組技術供水一直出現(xiàn)壓力、流量不足問題，壓力甚至減少至0.07MPa，流量減少至50m3/s，嚴重影響機組安全穩(wěn)定運行，同時對機組各導軸承溫度面臨很大考驗，經過消防水替代氣壓吹掃等一系列措施后，技術供水壓力不足的現(xiàn)象，仍然未得到明顯改善。

根據技術供水系統(tǒng)設計原理，經過初步分析認為造成技術供水不足，可能有以下幾方面的原因 ：

（1）機組濾水器堵塞。濾水器布置在壩頂?shù)乃畽C室，安裝于機組供水總管前，可實現(xiàn)定時清污、差壓控制清污等功能，能有效地提高進入機組冷卻水管的水質，保證管壁干凈、暢通。一旦出現(xiàn)濾網堵塞，會減少進水流量，致使供水壓力不足。

（2）管道壁沉積物淤積。機組技術供水泵前供水總管長20m，管徑150mm，為A3鋼材質，由于河水水質原因，管內壁會有水生物和沉積物沉淀，造成管道過流面積減少，致使技術供水壓力不足。

（3）水泵故障。電站機組技術供水為單元水泵增壓的供水方式。在供水管道設有2臺水泵，根據設置的控制元件，自帶實現(xiàn)主備功能及定期輪換運行。由于水泵故障原因，水泵揚程減小，致使機組供水壓力不足。

（4）取水口堵塞。機組取水口位于1號和2號機組之間閘墩上，取水口中心位于正常運行水位下12m，并在DN200的取水管前設有DN375網孔攔污柵。大壩取水進口處設有DN25氣管作為吹掃。由于近期河水水質、垃圾、污物及水生物等原因，可能會堵塞取水口。長期未對取水口進行吹掃作業(yè)和排沙，會致使取水口堵塞嚴重，過流面積減少，技術供水壓力不足。

由于初期設計過程中對牛欄溝水電站汛期水體雜質成分了解不夠，根據6、7月堵塞問題的處理情況，及現(xiàn)場汛期水質調查，分析認為取水口設置欄污孔較小，塑料泡沫、薄膜、一些絮狀的漂浮物由于取水時，取水口有較大的流速，產生吸力，把這些污物吸入取水口，堵塞20mm圓孔（見圖4和圖5），加上沒有規(guī)律的吹掃，使污物越集越多、越集越密，導致取水口過流面積過小，無法正常取水，出現(xiàn)技術供水壓力、流量不足的問題。

圖4 技術供水進水口清理前

圖5 技術供水進水口清理后

公司及電站相關管理人員針對這一問題進行了討論和分析，最終經過逐一排查，認為供水系統(tǒng)由于漂浮物及雜質過多，從而導致取水口及尾水管路堵塞是機組技術供水壓力及流量不足的主要原因，并提出了技術供水壓力不足的初步解決方案，即對取水口及尾水取水管道進行充分改造。

5 技術改造后及效果

5.1 5取水口攔污技改方案

從長期的運行考慮設計，了解到關河牛欄溝電站上、下游電站均采用壩前取水和壓力鋼管取水方式，電站供水方式運行正常，只是汛期會增加排污次數(shù)，結合關河上其他水電站的取水方式，我們認為對大壩取水口攔污柵進行改造處理，本次改造的設計重點為上游四個取水口，取水口高程為473.3m，現(xiàn)場制作攔污籠，尺寸400×400×400mm，10mm鋼筋焊接，5號鍍鋅角鋼邊框加固，濾孔尺寸40×40mm，M12×150連接螺栓固定于原預埋鋼板延伸面上，原攔污柵濾網部分切除。

為確保本方案改造后技術供水壓力問題能夠徹底解決，對改造前后的取水口過流面積、流速進行對比計算分析如下：

原取水口過流面積4.985×104mm2，流速0.78m/s，改造后取水口過流面積51.2×104mm2，流速0.076m/s。

分析對比后得出，此改造方案改造難度小、改造成本低，時間短，可以解決取水口污物堵塞導致的流量及壓力不足問題。

此方案同時也對技術供水管路進行局部改造，保留原有設計的空氣吹掃維護，再增加一套水泵自身反沖洗，詳細操作說明如下（見圖6～圖12）：

圖6 平面示意圖

圖7 固定螺栓詳圖

圖8 側面示意圖

圖9 閥門操作示意圖1

圖10 閥門操作示意圖2

機組處于停機狀態(tài)時，打開1、2、3、4、6、7、9號閥門，關閉5、8、10、11號閥門，開啟1號泵，對2號取水口進行反沖洗。打開1、2、3、4、5、8、9號閥門，關閉6、7、10、11號閥門，開啟2號泵，對1號取水口進行反沖洗。沖洗時間不少于30min。

圖11 加裝的濾網罩底板

圖12 改造后完成圖

機組處于運行狀態(tài)時，為保證機組冷卻水正常供給，開啟另一臺機組技術供水系統(tǒng)，主、備水泵同時工作，打開水機設備房12號閥，保證兩臺機組技術供水。

5.2 尾水側技改方案

牛欄溝水電站技術供水尾水側進水管由于供水進水口在水下，施工難度大，且機組在發(fā)電時，尾水水力震動較大，不利于攔污籠的裝設和長期運行，通過認證分析后采取以下措施（見圖13～圖16）：

圖13 正視圖

圖14 側視圖

圖15 吊點示意圖

圖16 葫蘆吊點側向示意圖

采用10鋼筋進行焊接攔污柵，寬度50cm，長度5m，孔徑30×30mm；使用2個1t葫蘆連接20鋼絲繩從上方下放至技術供水進水孔處，在攔污柵兩側底角分別裝設20鋼絲繩側向進行連接至尾水平臺后方進行緊固（見圖14）；此方案可以通過調節(jié)葫蘆使攔污柵上端上下移動，可以清洗攔污柵。

5.3 技改效果

電站經過一系列改造后，機組壓力及流量帶來了明顯效果，壓力由原來0.05MPa提高至0.30MPa，完全滿足機組運行要求，并達到了相關設計文件要求。

具體數(shù)據如表1和表2所示。

表1 改造前壓力統(tǒng)計

表2 改造后壓力統(tǒng)計

6 后期運行注意事項

（1）為防止改造后取水口再發(fā)生堵塞，在技術供水水泵泵后壓力降至0.2MPa或每周至少兩次（無論停機狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài)）確保取水口反沖洗操作。

（2）電站運行人員應根據上游河水及污物情況，合理調整取水口的運行方式，加強取水口吹掃，增加吹掃的次數(shù)，避免污物長期沉積取水口，造成累積，嚴重堵塞取水口。

7 結束語

牛欄溝水電站技術供水壓力不足，主要原因是上游取水口攔污柵被懸浮物堵塞，供水管道不能充滿水的原因引起，在取水口增加攔污籠，減小的水流與攔污籠之間的流速能有效地改善取水口堵塞，保證技術供水水量，解決技術供水壓力不足的問題。通過對進水口及尾水側改造后，目前壓力及流量均達到了設計要求，為電站后期安全穩(wěn)定運行起到一定保障。

黃登海（1983—），男，本科，工程師，從事水電廠、風電場設備運行、維護、檢修等管理工作。E-mail：632622215@qq.com

楊 東（1972—），男，本科，工程師，從事發(fā)變電設備運行及檢修、安全監(jiān)察管理工作。E-mail：497572457@qq.com