瓦房城水電站發(fā)電機組出力嚴重不足的原因分析及處理

李 榮

(民樂縣瓦房城水電站，甘肅民樂734500)

1 水電站概況

瓦房城水庫電站地處甘肅省民樂縣南古鎮(zhèn)，座落于黑河流域東部支流的大堵麻河上，該流域?qū)俅箨懶曰哪畾夂?，多年平均降水?43 mm，多年平均流量2.63 m3/s，多年平均年徑流量8 286萬m3，水能蘊藏量3.78萬kW。河道年均含沙量0.37 kg/m3，最大含沙量47.2 kg/m3,年平均輸沙率0.48 kg/s,年輸沙量1.54萬 t。

水庫壩址位于大堵麻河出山口，水庫樞紐由大壩、溢洪道、輸水洞及壩后式電站組成，控制流域面積211 km2。水庫總庫容2 160萬m3，興利庫容1 833.1萬m3，調(diào)洪庫容626萬m3，死庫容3.8萬m3，死水位54.5 m；主汛期汛限水位83.5 m，相應(yīng)庫容1 340萬m3，次汛期汛限水位85.5 m,相應(yīng)庫容1 534萬m3。經(jīng)實測，水庫已淤積庫容29萬m3，目前已無死庫容。

電站位于水庫壩后左側(cè)，屬壩后式電站,總裝機容量2 060 kW(2×630 kW+800 kW)，設(shè)計年發(fā)電量620萬kW·h ，架設(shè)1 800 kVA主變1臺，10 kV并網(wǎng)線路1回。其630 kW發(fā)電機組電壓等級6 300 V，800 kW發(fā)電機組電壓等級10 000 V；630 kW水輪機型號為HLA690—WJ—63，轉(zhuǎn)輪直徑630 mm，設(shè)計水頭35.7 m，設(shè)計流量2.2 m3/s，800 kW水輪機型號為HLA551C—WJ—68，轉(zhuǎn)輪直徑680 mm，設(shè)計水頭35.7 m，設(shè)計流量3.42 m3/s。

2 問題的出現(xiàn)

2018年6月份，區(qū)域內(nèi)干旱少雨，下游農(nóng)戶灌溉需水增大，灌溉引水量大于上游河流來水量，水庫水位呈逐日下降趨勢，電站發(fā)電機組出力也呈下降趨勢；至7月中旬，發(fā)生連續(xù)陰雨天氣，上游河流來水量大于灌溉引水量，水庫水位呈逐日上升趨勢；但電站值守人員發(fā)現(xiàn)，水庫水位上升的同時電站發(fā)電機組的出力增加卻不明顯。為此，電站技術(shù)人員調(diào)取2017年和2018年水庫相同庫容、相同水位和電站相同引水流量條件下的水電站出力情況資料進行對比觀察，發(fā)現(xiàn)2018年7月中旬時段(16—20日)內(nèi)電站發(fā)電機組出力只達到了相同條件下2017年的53%～57.5%，且出力隨水位上升趨勢明顯比2017年平緩(見表1)。

表1 等水位、等流量條件下電站出力對比分析

綜上分析：等條件下，電站出力發(fā)生較大偏差，說明電站發(fā)電環(huán)節(jié)、設(shè)備環(huán)節(jié)、引水環(huán)節(jié)或者是某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，致使發(fā)電機組處于非正常工況運行，導(dǎo)致發(fā)電機組出力嚴重不足，需盡快查明原因解決問題，以保證電站發(fā)電機組在正常工況下運行，多發(fā)滿發(fā)，減少電站的經(jīng)濟損失。

3 原因分析

根據(jù)上述現(xiàn)象并結(jié)合電站多年運行經(jīng)驗進行分析，初步判斷引起電站出力嚴重不足的原因有5個方面：一是調(diào)速系統(tǒng)故障；二是過水道堵塞；三是監(jiān)控誤顯示；四是機械摩擦；五是引水系統(tǒng)堵塞。

3.1 調(diào)速系統(tǒng)故障原因分析

對3臺機組調(diào)速系統(tǒng)進行全面檢查：其油壓裝置壓力和油位正常；各壓力油管、閥門和接頭附件均無滲漏油現(xiàn)象；手動進行調(diào)速系統(tǒng)聯(lián)動調(diào)試，調(diào)速器、接力器及導(dǎo)水機構(gòu)聯(lián)動動作靈活可靠，全行程內(nèi)動作平穩(wěn)；導(dǎo)葉開度、接力器行程和調(diào)速柜導(dǎo)葉開度指示器三者吻合一致。經(jīng)分析，否定了因調(diào)速器開度受限制影響機組出力，因調(diào)速系統(tǒng)故障造成機組遛負荷的預(yù)判可能。

3.2 過水道堵塞原因分析

根據(jù)運行經(jīng)驗，電站2臺630 kW水輪機轉(zhuǎn)輪因葉片過流間隙小，易發(fā)生石塊、樹枝卡塞造成機組出力下降。以此為據(jù)，對廠內(nèi)中間位置布置的630 kW機組拆卸尾水彎管后進行檢查，經(jīng)手動盤車，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動正常，葉片之間并未發(fā)現(xiàn)石塊、樹枝卡塞現(xiàn)象，尾水管內(nèi)也未見任何異物。經(jīng)分析，否定了因轉(zhuǎn)輪內(nèi)發(fā)生石塊、樹枝卡塞，因尾水管出現(xiàn)異物堵塞造成機組出力下降的預(yù)判可能。

3.3 監(jiān)控誤顯示原因分析

檢查微機調(diào)速柜導(dǎo)葉開度及其觸摸屏顯示值，并進行校核，顯示值正常無誤；檢查勵磁柜觸摸屏顯示的功率等相關(guān)參數(shù)與中控室計算機監(jiān)控系統(tǒng)顯示功率等相關(guān)參數(shù)，并進行對比，監(jiān)控系統(tǒng)顯示正常無誤。因此，又排除了因監(jiān)控誤顯示造成機組出力誤顯示的預(yù)判可能。

3.4 機械摩擦原因分析

根據(jù)運行值班人員觀察，在機組出力不足的時段內(nèi)，并未聽到水輪機、發(fā)電機等設(shè)備有機械摩擦異響，也未出現(xiàn)機組振動、抖動等不平穩(wěn)現(xiàn)象。因此，否定了因機械摩擦原因造成機組出力不足的預(yù)判可能。

3.5 引水系統(tǒng)堵塞原因分析

電站采用主管引水，到廠房前再分三岔的方式從水庫輸水洞(包括1扇檢修平板鋼閘門及啟閉機和1套錐型閥及啟閉機)引水，引水支洞長52 m，洞徑2 m，引水口距水庫輸水洞錐型閥出口56 m。受實際條件限制，無法對發(fā)電引水支洞口的攔污柵進行實地檢查。因此，只能綜合近期水庫水位、庫容、來水流量及電站尾水出水流量進行分析預(yù)判：

(1)6月底，水庫水位下降至64.6 m，庫容減至198萬m3。7月初，連續(xù)陰雨天氣，致使上游河流來水急劇增大(最大來水量達20 m3/s)，來水攜帶大量泥沙、石塊、樹干、樹根、雜草等入庫；因水庫經(jīng)多年淤積，無死庫容可言，泥沙、石塊等雜物無沉積緩沖直接由洪水攜帶經(jīng)水庫洞口進入輸水洞，在電站發(fā)電引水口形成淤積堵塞；攔污柵前后壓差增大，電站水頭損失，機組效率低下，影響了全部機組出力。據(jù)此判斷，電站攔污柵淤積堵塞致機組出力不足的預(yù)判可能性較大。

(2)在電站發(fā)電機組出力嚴重不足的時段內(nèi)，對電站尾水出水流量進行監(jiān)測，尾水出水流量僅達到設(shè)計條件下的68%；由此，進一步說明電站引水系統(tǒng)堵塞的可能性較大。

綜合以上分析認為，電站運行多年來從沒發(fā)生3臺發(fā)電機組同時出力不足的現(xiàn)象，且等條件下的尾水出水流量偏離設(shè)計出水量要求甚遠，由此得出預(yù)判結(jié)論：因攔污柵堵塞，造成水輪機水頭損失和供水流量不足而致發(fā)電機組出力不足的可能性較大，可由此入手展開調(diào)查。

4 處理對策

經(jīng)請示上級，電站在做好各項協(xié)調(diào)工作和安保工作后，立即組織進行水庫輸水洞檢查：關(guān)閉水庫豎井檢修閘門，開啟錐型閥放空輸水洞余水，派專業(yè)技工進洞檢查。經(jīng)查，輸水洞內(nèi)部發(fā)電引水口攔污柵下半部分已被塊石、泥沙、樹枝等雜物堵死，其上半部分柵條之間30%的面積被碎石、樹桿卡塞；在攔污柵至錐型閥出口段泥沙、石塊淤積嚴重，長度52 m，平均淤積厚度400 mm，直徑200～350 mm的塊石12塊，預(yù)計需清理工程量15 m3。至此，水電站發(fā)電機組出力嚴重不足的問題原因查清。

因電站引水口攔污柵和水庫輸水洞堵塞淤積工程量較大，在輸水洞直徑2.5 m的有限空間進行人工清淤不能短時間內(nèi)完成，困難很大。為避免下游灌溉用水緊張的矛盾糾紛，盡力減少電站經(jīng)濟損失，經(jīng)研究分析后采取如下處理對策：

(1)對電站發(fā)電引水口攔污柵淤積和攔污柵至錐型閥出口段直徑200～350 mm的12塊塊石進行全面清理。

(2)用鐵耙等工具疏松攔污柵至錐型閥出口段淤積后，全部工作人員撤離水庫輸水洞，關(guān)閉水庫錐型閥，關(guān)閉電站全部機組蝴蝶閥保持機組停機狀態(tài)；待輸水洞輸滿水后，開啟水庫檢修閘，開啟水庫錐型閥，利用水庫壓力將電站攔污柵至錐型閥出口段疏松后的淤積由壓力水流沖刷帶走。

5 效 果

經(jīng)過清理攔污柵和輸水洞淤積，電站開機后，引水系統(tǒng)暢通無阻，全部機組滿載發(fā)電，運行工況恢復(fù)正常狀態(tài)，由此證明攔污柵和輸水洞淤積清理很成功和徹底，為緩解緊張的水事糾紛、為電站機組多發(fā)滿發(fā)和減少經(jīng)濟損失贏得了寶貴的時間。

6 結(jié) 語

瓦房城水電站因攔污柵淤積堵塞造成全部機組出力嚴重不足的問題，究其根源是水庫喪失死庫容功能，水庫控制運營中庫容控制過小，水位過低，水環(huán)境因素惡化而造成。同時，從側(cè)面又凸顯出該水庫泥沙石淤積的問題，值得水庫管理者深思。為避免今后出現(xiàn)類似問題，提出以下建議：

(1)水庫管理者應(yīng)高度重視水庫泥沙石淤積問題。目前，該水庫已喪失死庫容功能，且泥沙石淤積達29萬m3，長此以往，一旦淤積危及進水口和出水口，水庫功能發(fā)揮就會受阻，利用效能就會下降；因此盡快對該水庫進行清淤排淤，恢復(fù)其死庫容功能顯得十分必要。

(2)在水庫控制運營中，應(yīng)充分關(guān)注水庫少庫容、低水位情況運行時進出水口水環(huán)境狀態(tài)。因水庫無死庫容功能，汛期洪水劇增時，進水口極易形成漩渦攜帶塊石、泥沙等雜物進入輸水洞，嚴重時可直接導(dǎo)致輸水洞淤積堵塞而不能正常泄放。

(3)目前自動清污的攔污柵已經(jīng)在部分電站普遍推廣使用，條件允許的情況下，電站發(fā)電引水口攔污柵應(yīng)適時進行更新?lián)Q代，以保證電站設(shè)備安全，提高工作效率，減少經(jīng)濟損失。

(4)在水庫水位低于64.6 m時，電站應(yīng)停機進行設(shè)備檢修保養(yǎng)工作，放水任務(wù)由水庫錐型閥承擔，如此可避免少庫容、低水位運行時進出水口水環(huán)境狀態(tài)惡化致塊石、泥沙、樹桿等雜物入洞淤積堵塞攔污柵，給設(shè)備帶來損害。切忌因小失大，得不償失。