汛期機(jī)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(jí)水庫(kù)和一、二級(jí)電站組成的引水式梯級(jí)電站。電站裝有4臺(tái)立式混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量85 MW，其中一級(jí)電站1、2號(hào)機(jī)組各30 MW，二級(jí)電站3、4號(hào)機(jī)組各12.5 MW。一級(jí)庫(kù)總庫(kù)容8 257萬(wàn)m3，工程以發(fā)電為主，兼有防洪作用。二級(jí)庫(kù)總庫(kù)容341萬(wàn)m3，為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，不承擔(dān)防洪功能。

2019年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”正面登陸浙江，本次臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度大，過(guò)境杭州地區(qū)時(shí)帶來(lái)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(shí)強(qiáng)降雨，多個(gè)雨量站降雨量超過(guò)200 mm。一、二級(jí)庫(kù)水位迅速上升后開閘泄洪，二級(jí)庫(kù)水位最高時(shí)超過(guò)了進(jìn)水口攔污柵處的設(shè)備平臺(tái)，隨后發(fā)生了二級(jí)站3、4號(hào)機(jī)組出力下降的情況。

1 機(jī)組出力下降情況

歷年來(lái)，當(dāng)華光潭電站出現(xiàn)短歷時(shí)強(qiáng)降雨天氣時(shí)，流域山區(qū)會(huì)有大量洪水夾帶樹枝、樹干等垃圾沖入水庫(kù)，二級(jí)庫(kù)進(jìn)水口攔污柵會(huì)出現(xiàn)一定程度的堵塞情況，造成二級(jí)站3、4號(hào)機(jī)組出力下降。出現(xiàn)這種情況時(shí)，一般是停機(jī)后對(duì)進(jìn)水口攔污柵處的垃圾進(jìn)行抓污清理，即可恢復(fù)機(jī)組的正常出力運(yùn)行。但是，本次臺(tái)風(fēng)過(guò)境強(qiáng)降雨造成的機(jī)組出力下降速度更快、程度更大，同時(shí)機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)增大、水導(dǎo)軸承溫度升高的情況。8月10日18時(shí)，當(dāng)二級(jí)庫(kù)水位超過(guò)228 m后，二級(jí)站3、4號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉全開，同時(shí)兩臺(tái)機(jī)組出力很快下降，具體情況見表1。

從表1可以看出，3、4號(hào)機(jī)組短時(shí)間內(nèi)出力迅速下降，同時(shí)運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)增大，3號(hào)機(jī)組水導(dǎo)軸瓦溫度有上升趨勢(shì)。為保證機(jī)組安全，運(yùn)行人員申請(qǐng)3、4號(hào)機(jī)組停機(jī)解列。停機(jī)過(guò)程中3、4號(hào)機(jī)組各有一處導(dǎo)葉剪斷銷剪斷，運(yùn)行人員關(guān)閉3、4號(hào)機(jī)主閥，確保機(jī)組能安全停機(jī)。

表1 3號(hào)、4號(hào)機(jī)組出力下降情況表

2 原因分析

結(jié)合實(shí)際情況分析造成機(jī)組出力下降的原因主要有以下兩點(diǎn)。

2.1 進(jìn)水口攔污柵堵塞

二級(jí)站3、4號(hào)機(jī)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(shí)分叉后分別進(jìn)入3、4號(hào)機(jī)組蝸殼發(fā)電。當(dāng)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雨時(shí)，流域內(nèi)會(huì)有大量林木樹枝雜物進(jìn)入二級(jí)庫(kù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這種時(shí)候二級(jí)庫(kù)攔污柵外圍的攔污漂經(jīng)常會(huì)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(hào)機(jī)組的進(jìn)水量和有效水頭，造成3、4號(hào)機(jī)組出力下降。

經(jīng)過(guò)二級(jí)壩泄洪人員的現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)外圍攔污漂在臺(tái)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(shí)攔污柵處堆積了大量的樹枝、樹干、生活垃圾等雜物。說(shuō)明進(jìn)水口攔污柵堵塞是造成機(jī)組出力下降的一個(gè)原因。但是，進(jìn)水口攔污柵堵塞以前也遇到過(guò)，不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成機(jī)組出力大幅度的下降。因此本項(xiàng)原因應(yīng)該不是主要原因。

2.2 機(jī)組蝸殼導(dǎo)葉處堵塞

3、4號(hào)機(jī)組出力下降的同時(shí)振動(dòng)增大，停機(jī)過(guò)程中發(fā)生了剪斷銷剪斷的情況。據(jù)此分析機(jī)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(jī)組的振動(dòng)增大。2臺(tái)機(jī)組都出現(xiàn)了剪斷銷剪斷情況，說(shuō)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(jī)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(jí)庫(kù)進(jìn)水口攔污柵處的設(shè)備平臺(tái)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(tái)汛短時(shí)間內(nèi)降雨量特別大，水位高出進(jìn)水口設(shè)備平臺(tái)。待水位下降后，檢查發(fā)現(xiàn)進(jìn)水口設(shè)備平臺(tái)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(jī)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(guò)程

3.1 進(jìn)水口攔污柵處垃圾清理

二級(jí)庫(kù)水位下降后，立即組織人員對(duì)進(jìn)水口處垃圾進(jìn)行清理。完成了進(jìn)水口設(shè)備平臺(tái)、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(shí)對(duì)損壞的攔污漂臨時(shí)性加固修理。對(duì)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(guò)對(duì)進(jìn)水口附近各處垃圾的清理，確保機(jī)組開機(jī)后不會(huì)再有新的雜物進(jìn)入引水隧洞。

3.2 機(jī)組蝸殼導(dǎo)葉處垃圾清理及檢查

機(jī)組關(guān)主閥停機(jī)，做好相應(yīng)安全措施后，檢修人員打開機(jī)組蝸殼進(jìn)人孔、吸出管進(jìn)人孔，分別對(duì)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(jī)組出力下降及水力不平衡的機(jī)組振動(dòng)。還有大段樹干及鐵桶、鐵絲網(wǎng)等夾在機(jī)組活動(dòng)導(dǎo)葉間，造成停機(jī)關(guān)導(dǎo)葉時(shí)剪斷銷剪斷。

完成機(jī)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(duì)3、4號(hào)號(hào)機(jī)組斷裂的剪斷銷進(jìn)行更換。通過(guò)調(diào)整接力器壓緊行程，測(cè)量各導(dǎo)葉的立面間隙，間隙測(cè)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(guò)以上處理，恢復(fù)安全措施后機(jī)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(jí)引水隧洞內(nèi)應(yīng)還存有大量垃圾。此時(shí)如果開啟機(jī)組運(yùn)行，可能很快會(huì)有垃圾雜物沖下來(lái)進(jìn)入蝸殼。

經(jīng)過(guò)分析，對(duì)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(jī)組開啟空運(yùn)狀態(tài)；②在機(jī)組水車室、轉(zhuǎn)輪室人孔門處安排人員監(jiān)視、監(jiān)聽機(jī)組運(yùn)行情況，測(cè)量機(jī)組振動(dòng)擺度值；③如機(jī)組振動(dòng)正常，未發(fā)現(xiàn)異常聲響，則申請(qǐng)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，逐步帶機(jī)組有功負(fù)荷至額定值；④發(fā)電態(tài)時(shí)繼續(xù)監(jiān)視、監(jiān)聽機(jī)組運(yùn)行情況，如聽到異常聲響、出現(xiàn)振動(dòng)增大情況，則視情況申請(qǐng)機(jī)組停機(jī)處理。如機(jī)組能夠正常穩(wěn)定運(yùn)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(guò)兩臺(tái)機(jī)組連續(xù)發(fā)電一段時(shí)間后，申請(qǐng)停機(jī)處理，停機(jī)后對(duì)蝸殼內(nèi)部垃圾再次清理。

根據(jù)以上方案，通過(guò)幾次反復(fù)的并網(wǎng)發(fā)電、停機(jī)清理過(guò)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(jī)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(jī)清理過(guò)程，如果在停機(jī)過(guò)程中活動(dòng)導(dǎo)葉間卡住了大塊的樹干等物體，則很可能會(huì)再次發(fā)生導(dǎo)葉剪斷銷剪斷的情況[3]。

經(jīng)過(guò)分析，運(yùn)行人員制定了能夠避免導(dǎo)葉剪斷銷剪斷的停機(jī)方式：①上位機(jī)下令逐步減機(jī)組有功、無(wú)功負(fù)荷到零，觀察導(dǎo)葉關(guān)回動(dòng)作正常，無(wú)剪斷銷剪斷；②下令機(jī)組轉(zhuǎn)到空運(yùn)態(tài)運(yùn)行，監(jiān)視機(jī)組開關(guān)分閘、滅磁正常；③關(guān)閉3號(hào)機(jī)主閥，監(jiān)視蝸殼水壓下降，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到制動(dòng)閘制動(dòng)的轉(zhuǎn)速時(shí)手動(dòng)加閘制動(dòng)；④監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到零，關(guān)閉機(jī)組冷卻水，手動(dòng)撤閘。

通過(guò)以上關(guān)主閥手動(dòng)停機(jī)的方式，達(dá)到了導(dǎo)葉空載開度時(shí)停機(jī)的目的，避免了導(dǎo)葉全關(guān)時(shí)剪斷銷剪斷的風(fēng)險(xiǎn)。

4 防范措施

通過(guò)這次強(qiáng)降雨引起的機(jī)組出力下降事件，得到了一些有用的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)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(jī)攝像頭。運(yùn)行人員每日巡查工業(yè)電視監(jiān)控視頻，查看二級(jí)庫(kù)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(shí)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(shí)候，經(jīng)常在兩側(cè)發(fā)卡造成攔污漂故障。本次臺(tái)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(shí)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(tái)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(shí)也可能進(jìn)入雜物，需對(duì)這部分間隙加裝防護(hù)。同時(shí)應(yīng)對(duì)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(shí)檢修處理，確保攔污柵處不會(huì)進(jìn)入較大雜物。

4)加固進(jìn)水口設(shè)備平臺(tái)上的事故閘門井防護(hù)柵欄。一般情況二級(jí)庫(kù)水位不會(huì)超過(guò)進(jìn)水口設(shè)備平臺(tái)高度，但是出現(xiàn)類似本次臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降雨時(shí)水位可能會(huì)高出設(shè)備平臺(tái)，此時(shí)設(shè)備平臺(tái)上的閘門井處的防護(hù)柵欄應(yīng)足夠牢固可靠，確保不會(huì)被大風(fēng)暴雨沖跨。

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

5 結(jié) 語(yǔ)

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