枕頭壩一級(jí)水電站技術(shù)供水系統(tǒng)壓力異常分析與改進(jìn)措施

蔣巍巍，唐義超，朱昌鑫

(國(guó)電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂(lè)山 614900)

1 概 述

1.1 電站概況

枕頭壩一級(jí)水電站位于四川省樂(lè)山市金口河區(qū)，為大渡河干流水電梯級(jí)規(guī)劃的第十九個(gè)梯級(jí)，上一級(jí)為深溪溝水電站，下一級(jí)為枕頭壩二級(jí)水電站。枕頭壩一級(jí)水電站位于大沙壩到月兒壩河段，采用兩級(jí)堤壩式開(kāi)發(fā)，為徑流式電站，以發(fā)電為主，兼顧下游生產(chǎn)生活用水。在電力系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰和負(fù)荷備用，所發(fā)電能送入四川省電網(wǎng)。電站裝機(jī)4臺(tái)立軸半傘式的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量180 MW，總?cè)萘?20 MW，水輪機(jī)型號(hào)ZZ-LH-875，額定轉(zhuǎn)速83.3 r/min。

1.2 技術(shù)供水系統(tǒng)概況

枕頭壩一級(jí)水電站水頭范圍為17.98～36.49 m，機(jī)組及主變的技術(shù)供水采用單元自流供水方式或單元自流加壓供水方式。每臺(tái)機(jī)組設(shè)蝸殼取水和壩前取水兩個(gè)水源，互為備用(見(jiàn)圖1)。一般以蝸殼取水作為主供水源，壩前取水作為備用水源?？紤]到汛期水庫(kù)降低水位運(yùn)行，河水含沙量較大(特別是底層水)，此時(shí)可采用壩前取水為主供水源，蝸殼取水為備用水源。當(dāng)技術(shù)供水水頭大于25 m時(shí)，機(jī)組和主變采用自流供水方式。當(dāng)技術(shù)供水水頭小于25 m時(shí)，機(jī)組和主變采用水泵加壓供水方式。機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的供水對(duì)象主要有：上導(dǎo)軸承油冷卻器、推力軸承油冷卻器、空氣冷卻器、下導(dǎo)軸承油冷卻器、水導(dǎo)軸承油冷卻器、主軸密封潤(rùn)滑水的備用水源、主變壓器冷卻器等。

蝸殼和壩前取水口都設(shè)置攔污柵，蝸殼取水口攔污柵位于機(jī)組蝸殼進(jìn)口段側(cè)壁上，壩前取水口位于大壩上。技術(shù)供水取水鋼管的規(guī)格為φ426×9 mm，機(jī)組技術(shù)供水理論流量為1 021 m3/h。每臺(tái)機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)布置在主廠房的水輪機(jī)層和技術(shù)供水層，主要設(shè)備有2臺(tái)DN400全自動(dòng)濾水器、2臺(tái)臥室離心增壓泵、電動(dòng)蝶閥、電動(dòng)球閥、管網(wǎng)及檢修閥門(mén)等。另外，還設(shè)有DN350及DN125電動(dòng)雙向供水轉(zhuǎn)閥各一只，可定期切換機(jī)組或主變供水的運(yùn)行方向，達(dá)到反向沖洗機(jī)組或主變供水管路和冷卻器的目的。

1.3 技術(shù)供水系統(tǒng)存在的問(wèn)題

枕頭壩一級(jí)水電站為壩后式廠房，4臺(tái)180 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，壩前進(jìn)水口設(shè)置在枕頭壩電站大壩上，處于兩臺(tái)機(jī)組中間位置，取水口高程為616 m。進(jìn)入汛期后，從大渡河上游漂流下來(lái)大量漂浮物，造成壩前和蝸殼取水口堵塞及取水鋼管內(nèi)沉淀物淤積，機(jī)組技術(shù)供水總管供水不足，壓力逐步降低，尤其在汛期，常出現(xiàn)濾水器后端壓力和流量的下降，導(dǎo)致機(jī)組冷卻水供應(yīng)不足，將無(wú)法滿足機(jī)組的正常供水量，從而引起機(jī)組溫度升高。此現(xiàn)象若不及時(shí)消除，會(huì)造成機(jī)組事故跳閘與系統(tǒng)解列，或軸瓦燒損，同時(shí)，因滿足不了機(jī)組主軸密封水水壓要求，停機(jī)時(shí)易發(fā)生機(jī)組主軸密封水消失，無(wú)法及時(shí)投入機(jī)組主軸密封，造成機(jī)組頂蓋來(lái)水過(guò)大，易發(fā)生水淹水導(dǎo)軸承等安全事故[1]，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 技術(shù)供水系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

停機(jī)時(shí)，對(duì)濾水器進(jìn)行分解檢查，清理濾水器堵塞物后，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行一段時(shí)間后，又出現(xiàn)同樣問(wèn)題。檢修期對(duì)取水口攔污柵檢查，發(fā)現(xiàn)壩前和蝸殼取水口嚴(yán)重堵塞，攔污柵柵條部分?jǐn)嗔?，需花費(fèi)大量人力、物力對(duì)取水口攔污柵進(jìn)行重新焊接和清理。

2 技術(shù)供水系統(tǒng)壓力源異常問(wèn)題分析

2.1 取水口及濾水器堵塞

枕頭壩一級(jí)水電站水庫(kù)中木條、塑料袋等漂浮物較多，特別是進(jìn)入汛期后，上游來(lái)水量增大，漂浮物激增，聚集在壩前，容易導(dǎo)致壩前取水口堵塞。同時(shí)機(jī)組在低水位運(yùn)時(shí)，進(jìn)水口取水會(huì)有漩渦，會(huì)吸入大量漂浮物進(jìn)入蝸殼內(nèi)，很容易造成蝸殼取水口堵塞，從而引起濾水器前后端壓差較大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成蝸殼取水口攔污柵柵條變形或斷裂而形成孔洞，一些大尺寸的木條、塑料瓶、塑料袋等就會(huì)進(jìn)入管道引起機(jī)組技術(shù)供水濾器的堵塞，導(dǎo)致濾水器后端壓力和流量的下降和不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

經(jīng)過(guò)分析總結(jié)及檢修期間檢查，發(fā)現(xiàn)蝸殼和壩前取水口攔污柵設(shè)計(jì)存在缺陷：①攔污柵安裝在φ426×9 mm的取水鋼管內(nèi)，過(guò)流面積較小，容易堵塞；②攔污柵結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)，容易被較大的垃圾袋給全部堵死；③攔污柵柵條強(qiáng)度不夠，堵塞后容易造成變形或斷裂，導(dǎo)致大量漂浮物進(jìn)入技術(shù)供水管路內(nèi)；④大量的漂浮物通過(guò)取水管道進(jìn)入到濾水器中，造成濾水器堵塞，技術(shù)供水流量降低，容易造成機(jī)組軸瓦溫度過(guò)高，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 反吹掃效果不佳

從檢修情況來(lái)看，堵塞蝸殼取水口、壩前取水口攔污柵的大多是木條、塑料瓶等硬質(zhì)雜物，在開(kāi)啟反清掃閥門(mén)時(shí)，清掃壓力較低，很難吹掉攔污柵上的這些雜物。由于受到這些雜物的影響，一些塑料垃圾纏繞在木條、柵條上，造成攔污柵阻塞[3]，使得反吹掃達(dá)不到效果，長(zhǎng)期下來(lái)，堵塞情況就變得越發(fā)嚴(yán)重。

2.3 濾水器排污能力差

在打開(kāi)濾水器檢修人孔門(mén)進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)濾水器內(nèi)部有大量的塑料等雜質(zhì)無(wú)法排出，濾水器排污、排漂效果不太理想，需要人工進(jìn)行清理。

經(jīng)過(guò)對(duì)濾水器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)排污管路直徑為DN100 mm，當(dāng)濾水器在排淤過(guò)程中，雜質(zhì)隨水流匯集于出水口周圍，當(dāng)直徑大于100 mm的雜質(zhì)和纏繞物不能排出后，造成該排淤管堵塞，起不到排淤和放空效果[4]。

3 處理方案

3.1 取水口攔污柵改造

針對(duì)枕頭壩一級(jí)水電站機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)蝸殼和壩前取水口存在的缺陷，對(duì)機(jī)組技術(shù)供水取水口攔污柵進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)改造，將原攔污柵設(shè)計(jì)為一個(gè)半球型，并利用機(jī)組檢修時(shí)機(jī)對(duì)取水口攔污柵進(jìn)行更換。

半球型攔污柵的作用：當(dāng)木塊、塑料瓶等堅(jiān)硬漂浮物跟隨水流撞擊攔污罩時(shí)，根據(jù)物體受力分析，有些漂浮物會(huì)在合力F(見(jiàn)圖2)的作用下，沿著攔污柵的傾

圖2 攔污柵安裝示意圖

斜面而離開(kāi)取水口，其它的會(huì)與攔污柵發(fā)生碰撞而遠(yuǎn)離取水口。

蝸殼和壩前取水口攔污柵的外型設(shè)計(jì)需要考慮附近的流場(chǎng)分布情況，攔污柵進(jìn)水?dāng)嗝媾c發(fā)電水流之間夾角為50°[5]。枕頭壩一級(jí)水電站技術(shù)供水取水口攔污柵的幾何參數(shù)是根據(jù)檢修人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定的，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到水力學(xué)因素(攔污柵具體尺寸詳見(jiàn)圖3)。改造后的攔污柵具有以下特點(diǎn)：

1)改善攔污柵的結(jié)構(gòu)，在原來(lái)攔污柵外側(cè)焊接一個(gè)半圓型攔污罩，這樣攔污柵結(jié)構(gòu)就從平面結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S結(jié)構(gòu)，提高了攔污柵的納污能力和阻擋能力，有效延長(zhǎng)了攔污柵堵塞時(shí)間。

2)增加了攔污柵柵條的強(qiáng)度，由原來(lái)的φ8 mm圓鋼改為現(xiàn)在的φ10 mm圓鋼，防止因堵塞而引起攔污柵的變形或斷裂，使漂浮物不會(huì)輕易進(jìn)入濾水器，防止濾水器堵塞。

圖3 攔污柵加工圖(單位：mm)

3.2 濾水器改造

對(duì)放排淤管路進(jìn)行改造，首先將原管徑增大至DN150 mm，將排淤口單獨(dú)設(shè)置在濾水器底部，通過(guò)電動(dòng)球閥控制排淤方式，增大排污效果。

3.3 清掃系統(tǒng)改造

可以嘗試改造清掃系統(tǒng)氣源，重新安裝一套較大壓力空壓機(jī)，增大清掃氣源壓力，這樣能更容易清理掉進(jìn)水口攔污柵上的雜物，從而減輕攔污柵堵塞情況，保證機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)流量和壓力穩(wěn)定，維持機(jī)組長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

2017-2018年度檢修期通過(guò)對(duì)枕頭壩一級(jí)水電1F-4F機(jī)組站技術(shù)供水系統(tǒng)蝸殼取水口的改造，進(jìn)入汛期后改造過(guò)的機(jī)組未發(fā)生過(guò)技術(shù)供水系統(tǒng)壓力源異常情況，未發(fā)生過(guò)濾水器流量的下降和不穩(wěn)定情況，有效地解決了技術(shù)供水系統(tǒng)壓力源異常問(wèn)題；新結(jié)構(gòu)可以更加有效阻擋漂浮物，防止其進(jìn)入技術(shù)供水系統(tǒng)管路和濾水器。通過(guò)實(shí)際檢測(cè)，改造取得了良好效果，提高了一定經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)改造方案具有轉(zhuǎn)化效果好，轉(zhuǎn)化成本低，轉(zhuǎn)化簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和良好的推廣價(jià)值，可以應(yīng)用于其他類似電站[6]。