汛期機組出力下降的原因分析及處理

周海峰

(浙江浙能華光潭水力發(fā)電有限公司，浙江 杭州 311322)

華光潭水電站位于浙江省杭州市臨安區(qū)分水江干流昌化江上游的巨溪上，是由上、下游一、二級水庫和一、二級電站組成的引水式梯級電站。電站裝有4臺立式混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量85 MW，其中一級電站1、2號機組各30 MW，二級電站3、4號機組各12.5 MW。一級庫總庫容8 257萬m3，工程以發(fā)電為主，兼有防洪作用。二級庫總庫容341萬m3，為日調(diào)節(jié)水庫，不承擔(dān)防洪功能。

2019年第9號臺風(fēng)“利奇馬”正面登陸浙江，本次臺風(fēng)強度大，過境杭州地區(qū)時帶來狂風(fēng)暴雨。8月10日華光潭電站流域內(nèi)經(jīng)歷了短歷時強降雨，多個雨量站降雨量超過200 mm。一、二級庫水位迅速上升后開閘泄洪，二級庫水位最高時超過了進(jìn)水口攔污柵處的設(shè)備平臺，隨后發(fā)生了二級站3、4號機組出力下降的情況。

1 機組出力下降情況

歷年來，當(dāng)華光潭電站出現(xiàn)短歷時強降雨天氣時，流域山區(qū)會有大量洪水夾帶樹枝、樹干等垃圾沖入水庫，二級庫進(jìn)水口攔污柵會出現(xiàn)一定程度的堵塞情況，造成二級站3、4號機組出力下降。出現(xiàn)這種情況時，一般是停機后對進(jìn)水口攔污柵處的垃圾進(jìn)行抓污清理，即可恢復(fù)機組的正常出力運行。但是，本次臺風(fēng)過境強降雨造成的機組出力下降速度更快、程度更大，同時機組出現(xiàn)振動增大、水導(dǎo)軸承溫度升高的情況。8月10日18時，當(dāng)二級庫水位超過228 m后，二級站3、4號機組導(dǎo)葉全開，同時兩臺機組出力很快下降，具體情況見表1。

從表1可以看出，3、4號機組短時間內(nèi)出力迅速下降，同時運行人員發(fā)現(xiàn)機組振動增大，3號機組水導(dǎo)軸瓦溫度有上升趨勢。為保證機組安全，運行人員申請3、4號機組停機解列。停機過程中3、4號機組各有一處導(dǎo)葉剪斷銷剪斷，運行人員關(guān)閉3、4號機主閥，確保機組能安全停機。

表1 3號、4號機組出力下降情況表

2 原因分析

結(jié)合實際情況分析造成機組出力下降的原因主要有以下兩點。

2.1 進(jìn)水口攔污柵堵塞

二級站3、4號機組從同一條進(jìn)水口引水隧洞取水發(fā)電，引水隧洞接近廠房時分叉后分別進(jìn)入3、4號機組蝸殼發(fā)電。當(dāng)出現(xiàn)短時強降雨時，流域內(nèi)會有大量林木樹枝雜物進(jìn)入二級庫。根據(jù)經(jīng)驗，這種時候二級庫攔污柵外圍的攔污漂經(jīng)常會發(fā)生翻轉(zhuǎn)故障，失去外圍攔污作用，造成進(jìn)水口攔污柵處雜物堆積，從而影響3、4號機組的進(jìn)水量和有效水頭，造成3、4號機組出力下降。

經(jīng)過二級壩泄洪人員的現(xiàn)場檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)外圍攔污漂在臺風(fēng)洪水的作用下發(fā)生斷裂，其中一部分?jǐn)r污漂斷裂后堵在了進(jìn)水口攔污柵處。同時攔污柵處堆積了大量的樹枝、樹干、生活垃圾等雜物。說明進(jìn)水口攔污柵堵塞是造成機組出力下降的一個原因。但是，進(jìn)水口攔污柵堵塞以前也遇到過，不會在短時間內(nèi)造成機組出力大幅度的下降。因此本項原因應(yīng)該不是主要原因。

2.2 機組蝸殼導(dǎo)葉處堵塞

3、4號機組出力下降的同時振動增大，停機過程中發(fā)生了剪斷銷剪斷的情況。據(jù)此分析機組導(dǎo)葉間夾有較大的雜物造成剪斷銷剪斷。導(dǎo)葉間有雜物堵塞造成進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流不平衡，使機組的振動增大。2臺機組都出現(xiàn)了剪斷銷剪斷情況，說明從引水隧洞進(jìn)入蝸殼的雜物應(yīng)該不在少數(shù)。根據(jù)機組出力下降的幅度判斷，應(yīng)該有大量的雜物進(jìn)入了蝸殼，在固定導(dǎo)葉處堆積堵塞，造成進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流量迅速減小。

二級庫進(jìn)水口攔污柵處的設(shè)備平臺上設(shè)置有進(jìn)水口事故閘門井，閘門井周圍有不銹鋼鐵絲網(wǎng)圍成的柵欄。由于本次臺汛短時間內(nèi)降雨量特別大，水位高出進(jìn)水口設(shè)備平臺。待水位下降后，檢查發(fā)現(xiàn)進(jìn)水口設(shè)備平臺上的閘門井鐵絲網(wǎng)柵欄被沖跨，大量垃圾可以從閘門井處進(jìn)入引水隧洞。據(jù)此判斷，進(jìn)水口閘門井處進(jìn)入大量雜物造成蝸殼堵塞是機組出力下降的主要原因，見圖1和圖2。

圖1 進(jìn)水口攔污柵堵塞圖

圖2 進(jìn)水口閘門井失去防護(hù)圖

3 處理過程

3.1 進(jìn)水口攔污柵處垃圾清理

二級庫水位下降后，立即組織人員對進(jìn)水口處垃圾進(jìn)行清理。完成了進(jìn)水口設(shè)備平臺、進(jìn)水口閘門井、進(jìn)水口攔污柵等處的樹木垃圾清理，同時對損壞的攔污漂臨時性加固修理。對攔污柵附近水域漂浮的樹枝樹干各類垃圾進(jìn)行抓污清理。通過對進(jìn)水口附近各處垃圾的清理，確保機組開機后不會再有新的雜物進(jìn)入引水隧洞。

3.2 機組蝸殼導(dǎo)葉處垃圾清理及檢查

機組關(guān)主閥停機，做好相應(yīng)安全措施后，檢修人員打開機組蝸殼進(jìn)人孔、吸出管進(jìn)人孔，分別對蝸殼及轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)蝸殼內(nèi)有大量樹枝、樹干等垃圾。這些垃圾卡在固定導(dǎo)葉處造成機組出力下降及水力不平衡的機組振動。還有大段樹干及鐵桶、鐵絲網(wǎng)等夾在機組活動導(dǎo)葉間，造成停機關(guān)導(dǎo)葉時剪斷銷剪斷。

完成機組蝸殼內(nèi)及導(dǎo)葉間的垃圾清理后，檢修人員詳細(xì)檢查了各片導(dǎo)葉，未發(fā)現(xiàn)有變形損壞情況。對3、4號號機組斷裂的剪斷銷進(jìn)行更換。通過調(diào)整接力器壓緊行程，測量各導(dǎo)葉的立面間隙，間隙測量值基本符合要求[1-2]。

3.3 引水隧洞內(nèi)存量垃圾清理

經(jīng)過以上處理，恢復(fù)安全措施后機組恢復(fù)了備用狀態(tài)，具備了并網(wǎng)發(fā)電的條件。但是，由于之前進(jìn)水口進(jìn)入了大量樹枝、樹干等垃圾，二級引水隧洞內(nèi)應(yīng)還存有大量垃圾。此時如果開啟機組運行，可能很快會有垃圾雜物沖下來進(jìn)入蝸殼。

經(jīng)過分析，對引水隧洞內(nèi)存有的垃圾雜物，制定了如下的清理方案：①機組開啟空運狀態(tài)；②在機組水車室、轉(zhuǎn)輪室人孔門處安排人員監(jiān)視、監(jiān)聽機組運行情況，測量機組振動擺度值；③如機組振動正常，未發(fā)現(xiàn)異常聲響，則申請機組并網(wǎng)發(fā)電，逐步帶機組有功負(fù)荷至額定值；④發(fā)電態(tài)時繼續(xù)監(jiān)視、監(jiān)聽機組運行情況，如聽到異常聲響、出現(xiàn)振動增大情況，則視情況申請機組停機處理。如機組能夠正常穩(wěn)定運行，則繼續(xù)并網(wǎng)發(fā)電，以確保引水隧洞內(nèi)部的垃圾能夠向下游側(cè)沖刷；⑤經(jīng)過兩臺機組連續(xù)發(fā)電一段時間后，申請停機處理，停機后對蝸殼內(nèi)部垃圾再次清理。

根據(jù)以上方案，通過幾次反復(fù)的并網(wǎng)發(fā)電、停機清理過程，完成了引水隧洞內(nèi)存量垃圾的清理，又清理出了一些卡在導(dǎo)葉處的較大樹枝、樹干。

3.4 避免導(dǎo)葉剪斷銷剪斷的停機方式

由于引水隧洞內(nèi)部垃圾的清理需要幾次反復(fù)的并網(wǎng)發(fā)電、停機清理過程，如果在停機過程中活動導(dǎo)葉間卡住了大塊的樹干等物體，則很可能會再次發(fā)生導(dǎo)葉剪斷銷剪斷的情況[3]。

經(jīng)過分析，運行人員制定了能夠避免導(dǎo)葉剪斷銷剪斷的停機方式：①上位機下令逐步減機組有功、無功負(fù)荷到零，觀察導(dǎo)葉關(guān)回動作正常，無剪斷銷剪斷；②下令機組轉(zhuǎn)到空運態(tài)運行，監(jiān)視機組開關(guān)分閘、滅磁正常；③關(guān)閉3號機主閥，監(jiān)視蝸殼水壓下降，機組轉(zhuǎn)速下降到制動閘制動的轉(zhuǎn)速時手動加閘制動；④監(jiān)視機組轉(zhuǎn)速下降到零，關(guān)閉機組冷卻水，手動撤閘。

通過以上關(guān)主閥手動停機的方式，達(dá)到了導(dǎo)葉空載開度時停機的目的，避免了導(dǎo)葉全關(guān)時剪斷銷剪斷的風(fēng)險。

4 防范措施

通過這次強降雨引起的機組出力下降事件，得到了一些有用的經(jīng)驗，同時也發(fā)現(xiàn)了一些薄弱環(huán)節(jié)，需要在后期進(jìn)行整改。

1)在進(jìn)水口處增設(shè)可調(diào)方向的球機攝像頭。運行人員每日巡查工業(yè)電視監(jiān)控視頻，查看二級庫進(jìn)水口攔污柵處垃圾堵塞情況，攔污漂是否發(fā)生故障。如發(fā)現(xiàn)異常情況及時通知水工部門進(jìn)行抓污清理[4-5]。

2)進(jìn)水口攔污漂改造。目前進(jìn)水口外圍攔污漂在水位出現(xiàn)快速升降的時候，經(jīng)常在兩側(cè)發(fā)卡造成攔污漂故障。本次臺風(fēng)降雨期間甚至出現(xiàn)了斷裂堵住進(jìn)水口攔污柵的情況。根據(jù)實際情況，應(yīng)該著重考慮更換質(zhì)量更好更可靠的外圍攔污裝置。

3)進(jìn)水口攔污柵內(nèi)側(cè)與設(shè)備平臺之間的間隙加裝防護(hù)裝置。由于這部分間隙在水位升高時也可能進(jìn)入雜物，需對這部分間隙加裝防護(hù)。同時應(yīng)對攔污柵進(jìn)行全面檢查維護(hù)，發(fā)現(xiàn)有變形間隙增大的地方應(yīng)及時檢修處理，確保攔污柵處不會進(jìn)入較大雜物。

4)加固進(jìn)水口設(shè)備平臺上的事故閘門井防護(hù)柵欄。一般情況二級庫水位不會超過進(jìn)水口設(shè)備平臺高度，但是出現(xiàn)類似本次臺風(fēng)強降雨時水位可能會高出設(shè)備平臺，此時設(shè)備平臺上的閘門井處的防護(hù)柵欄應(yīng)足夠牢固可靠，確保不會被大風(fēng)暴雨沖跨。

5)引水隧洞調(diào)壓井口平臺做好防止雜物進(jìn)入的防護(hù)。引水隧洞調(diào)壓井也是機組蝸殼可能進(jìn)入雜物的地方，尤其是出現(xiàn)強臺風(fēng)、強降雨的情況，應(yīng)該事先做好檢查防護(hù)工作。

5 結(jié) 語

在水庫高水位時，及時完成了本次搶修工作，恢復(fù)了機組正常狀態(tài)，及時并網(wǎng)發(fā)電。本次搶修對減少汛期高水位時水庫的泄洪棄水量、提高電站發(fā)電效益具有積極意義。對類似情況的水電站開展防汛防臺及搶修工作具有較好的借鑒意義。