泄洪排沙高含沙水流對(duì)小浪底機(jī)組的影響分析及應(yīng)對(duì)措施

李鵬 韓宏斌 丁焱

摘要：分析了泄洪排沙高含沙量水流對(duì)機(jī)組的影響，針對(duì)異常情況提出了有效的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：高含沙量;混流式水輪發(fā)電機(jī)組;影響;應(yīng)對(duì)措施

0? ? 引言

小浪底水電站是黃河干流上的一座大型水利樞紐工程，作為河南電網(wǎng)的主要調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用電站，共裝設(shè)6臺(tái)300 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。2018年7月以來(lái)，因黃河流域防汛需求，小浪底水庫(kù)持續(xù)泄洪排沙，庫(kù)水位不斷下降，機(jī)組運(yùn)行水頭不斷降低。受汛期水庫(kù)排沙影響，機(jī)組過(guò)機(jī)含沙量較高，經(jīng)定時(shí)觀測(cè)，小浪底機(jī)組過(guò)機(jī)含沙量最大達(dá)到72.85 kg/m3，造成運(yùn)行中的機(jī)組主軸密封磨損、漏水量增大，頂蓋泵運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，啟停間隔增大;停機(jī)避沙機(jī)組尾水管淤堵、發(fā)電機(jī)頂部冒水;機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后出力波動(dòng)等多項(xiàng)異常情況?，F(xiàn)針對(duì)這些異常加以分析，并提出有效的應(yīng)對(duì)措施。

1? ? 高含沙過(guò)機(jī)水流對(duì)機(jī)組的影響

1.1? ? 機(jī)組主軸密封磨損、漏水量增大

由于運(yùn)行機(jī)組過(guò)機(jī)含沙量較高，運(yùn)行人員在監(jiān)屏過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分運(yùn)行機(jī)組頂蓋排水泵運(yùn)行時(shí)間由以往的6～7 min延長(zhǎng)到超過(guò)50 min未停泵，值班人員現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組頂蓋內(nèi)淤積大量泥沙，主軸密封漏水量增大，而且水位有緩慢上升趨勢(shì)。停機(jī)后通過(guò)測(cè)量機(jī)組主軸密封4個(gè)方向的浮動(dòng)環(huán)高度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：-Y方向162.2 mm、+X方向160.1 mm、+Y方向162.2 mm、-X方向165.5 mm，較原始數(shù)據(jù)173 mm有大幅減小，由此斷定機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中主軸密封抗磨板在高含沙量的水流中磨損嚴(yán)重且不平衡，導(dǎo)致機(jī)組主軸密封漏水量增大;由于抗磨板的不平衡磨損，高含沙量的泥沙水進(jìn)入機(jī)組頂蓋，經(jīng)過(guò)沉淀造成頂蓋排水泵被泥沙淤積堵塞，排水效率降低，運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)。

1.2? ? 發(fā)電機(jī)大軸頂部冒水

過(guò)機(jī)含沙量較大，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，我廠采取機(jī)組停機(jī)避沙措施，確保機(jī)組的安全。但在實(shí)際避沙過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組尾水管肘管底部被沉積的泥沙封堵，加之機(jī)組導(dǎo)葉筒閥關(guān)閉不嚴(yán)，含沙小水流不斷注入尾水錐管內(nèi)，流量較小，無(wú)法沖走尾水管肘部淤積的泥沙（圖1），壓力鋼管內(nèi)壓力傳遞到尾水錐管內(nèi)，隨著尾水管內(nèi)壓力的不斷增大，尾水從機(jī)組未安裝任何止水裝置的大軸補(bǔ)氣管頂部溢出，造成發(fā)電機(jī)端蓋和上導(dǎo)油槽進(jìn)水。

1.3? ? 機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后負(fù)荷波動(dòng)

隨著過(guò)機(jī)含沙量的減小，我廠對(duì)機(jī)組進(jìn)行了開(kāi)機(jī)并網(wǎng)，并網(wǎng)后發(fā)現(xiàn)機(jī)組帶出力時(shí)從13 MW向168 MW調(diào)整過(guò)程中，機(jī)組出力上升到126 MW后自動(dòng)降至100 MW，上升至170 MW后又降至80 MW再升至160 MW，重新設(shè)定有功功率168 MW，出力再次自動(dòng)降低，申請(qǐng)停機(jī)后檢查調(diào)速器調(diào)節(jié)正常。類(lèi)似現(xiàn)象在其他機(jī)組開(kāi)機(jī)并網(wǎng)后同樣出現(xiàn)。事后分析，之所以出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)是由于機(jī)組尾水管堵塞造成尾水不能暢泄，蝸殼內(nèi)的淤積泥沙在機(jī)組開(kāi)機(jī)后隨水流通過(guò)導(dǎo)葉后遇到阻塞形成了不規(guī)則的流動(dòng)，影響了機(jī)組導(dǎo)葉開(kāi)度調(diào)整，對(duì)機(jī)組負(fù)荷調(diào)整造成影響。

5#、6#機(jī)并網(wǎng)后出力波動(dòng)功率曲線如圖2、圖3所示。

2? ? 應(yīng)對(duì)措施

2.1? ? 主軸密封磨損、頂蓋泵堵塞

針對(duì)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中主軸密封因高含沙量水流磨損嚴(yán)重，頂蓋排水泵被泥沙淤積堵塞，排水效率降低，運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)的問(wèn)題，我廠在不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加大了停機(jī)避沙頻次，根據(jù)機(jī)組主軸密封運(yùn)行工況制定相應(yīng)的停機(jī)避沙策略。當(dāng)機(jī)組過(guò)機(jī)含沙量持續(xù)大于10 kg/m3時(shí)停發(fā)電洞進(jìn)水口較低的5號(hào)、6號(hào)機(jī)組;持續(xù)大于20 kg/m3時(shí)再停2臺(tái)機(jī)組;持續(xù)大于40 kg/m3時(shí)再停1臺(tái)機(jī)組，保留主軸密封工況好的機(jī)組運(yùn)行，保證廠用電安全;持續(xù)大于60 kg/m3時(shí)全廠機(jī)組停機(jī)避沙。當(dāng)未達(dá)到停機(jī)避沙條件時(shí)，定期停機(jī)測(cè)量機(jī)組浮動(dòng)環(huán)高度，通過(guò)上述測(cè)量數(shù)據(jù)分析主軸密封抗磨板磨損程度，磨損嚴(yán)重時(shí)申請(qǐng)機(jī)組解備臨檢更換主軸密封抗磨板。采用頂蓋排水泵回路中并聯(lián)臨時(shí)泵的方法來(lái)保證頂蓋內(nèi)的積水及時(shí)排出，同時(shí)每天加密巡檢次數(shù)，重點(diǎn)關(guān)注頂蓋內(nèi)泥沙淤積情況，發(fā)現(xiàn)泥沙淤積嚴(yán)重時(shí)，安排工作人員采用高壓水將淤積泥沙攪起來(lái)加以稀釋?zhuān)庙斏w排水泵排出，以減少泥沙在頂蓋內(nèi)的淤積。

2.2? ? 機(jī)組大軸補(bǔ)氣管頂部冒水

針對(duì)不斷出現(xiàn)的尾水管淤堵造成機(jī)組大軸補(bǔ)氣管頂部冒水，主要采取以下幾項(xiàng)措施：

（1）機(jī)組停機(jī)避沙，需加強(qiáng)對(duì)上位機(jī)尾水進(jìn)人門(mén)壓力的監(jiān)視，同時(shí)定期在發(fā)電機(jī)頂部用紅外測(cè)距儀測(cè)量大軸補(bǔ)氣管內(nèi)水位，發(fā)現(xiàn)尾水進(jìn)人門(mén)壓力上升或大軸水位升高現(xiàn)象，及時(shí)開(kāi)機(jī)沖淤。

（2）如尾水進(jìn)人門(mén)壓力和大軸水位均未見(jiàn)異常，停運(yùn)機(jī)組，每4 h開(kāi)機(jī)沖淤一次。

（3）為防止尾水管淤堵，在機(jī)組停機(jī)時(shí)不停清水供水，倒換技術(shù)供水閥門(mén)運(yùn)行方式，向尾水管注入一定流量的清水進(jìn)行尾水管沖淤。

2.3? ? 機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)

針對(duì)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)，制定了機(jī)組開(kāi)機(jī)前小開(kāi)度沖淤方案，即每次停機(jī)避沙后、機(jī)組開(kāi)機(jī)前，機(jī)組壓力鋼管充水工作完成后，先安排人員將機(jī)組導(dǎo)葉通過(guò)調(diào)速器手動(dòng)開(kāi)至4%開(kāi)度，持續(xù)小流量對(duì)機(jī)組流道進(jìn)行疏通，并觀察機(jī)組過(guò)流情況和尾水管壓力變化，待尾水管壓力穩(wěn)定后再手動(dòng)將機(jī)組開(kāi)至空轉(zhuǎn)狀態(tài)，利用機(jī)組空轉(zhuǎn)流量對(duì)機(jī)組蝸殼、尾水管等部位淤積泥沙進(jìn)行沖刷，以保證尾水管的暢通，從而避免了因尾水管堵塞造成管內(nèi)尾水的不規(guī)則流動(dòng)，影響并網(wǎng)機(jī)組負(fù)荷調(diào)整。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析高含沙水流對(duì)小浪底運(yùn)行機(jī)組造成主軸密封磨損、漏水量增大，頂蓋泵運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，啟停間隔增大;停機(jī)避沙機(jī)組尾水管淤堵、發(fā)電機(jī)頂部冒水;機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后出力波動(dòng)等異常情況，在工作實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際提出應(yīng)對(duì)措施，有效克服了高含沙水流對(duì)小浪底機(jī)組帶來(lái)的影響。但還有一些亟需解決的技術(shù)難題，仍需我們不斷探索攻關(guān)，以便運(yùn)行維護(hù)好發(fā)供電設(shè)備，為河南電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)可靠的綠色能源，更好地促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉婉，王丹陽(yáng)，鄭雪冰，等.淺談小浪底水電廠機(jī)組大軸頂部冒水[J].機(jī)電信息，2020（21）：59.

收稿日期：2020-08-25

作者簡(jiǎn)介：李鵬（1973—），男，河南洛陽(yáng)人，高級(jí)工程師，研究方向：水電廠運(yùn)行管理。