水电站拦污栅水位差过大分析与处理

0 　引言

华能漫湾水电厂位于澜沧江中游,是云南省第1 座百万千瓦级水电厂,也是澜沧江流域上第1 座大型水电厂。电厂总装机容量1 550 MW ( 5 ×250 MW , 1 ×300 MW) , 一期工程5 台机组1 250 MW ,于1995 年6 月全部投产;二期工程1 号机组300 MW ,于2007 年5 月投产。1 号机组厂房为地下式厂房,进水口为压力墙式,底板高程97010 m ,拦污栅组成为4 扇615 m ×16156 m ,机组引水部件由引水隧洞(直径10 m ,长20515 m) 和压力钢管(直径815 m ,长1781483 m)组成。

1 　拦污栅的作用及前后水位差过大的危害

拦污栅是设在水电厂引水道口与尾水口,用来拦阻水流所挟带的沉木、树枝、杂草和其他固体杂物的设施,使杂物不易进入水道内,以确保闸门、水轮机等不受损害,确保机组的正常运行。拦污栅前后水位差过大,会导致拦污栅变形、破损,严重时导致拦污栅脱离栅槽,进入蜗壳和转轮室,对过水流道造成严重的破坏,迫使机组非计划停机检修;而且,拦污栅水位差大,会导致机组运行的有效水头降低,负荷加不上去, 流量又很大, 也间接浪费了水资源。

2 　漫湾水电厂1 号机进水口运行状况

2007 年7 月下旬以来,由于澜沧江上游连续降雨,来水量增大,各种漂浮物非常多,而1 号机进水口位于水库弯道处,漂浮物聚集较严重,且离溢流表孔较远,不易排渣,再加上1 号机进水口底板高程较高,漂浮物容易吸附在拦污栅上,导致拦污栅前后水位差较大。图1 为1 号机进水口剖面。

1 号机在带250 MW 负荷的情况下、拦污栅前后水位差最高已达514 m ,严重威胁机组的安全稳定运行。为确保安全,不得不对1 号机限带负荷运行,最低限制在100 MW ,才能满足拦污栅水位差小于设计值410 m。

3 　采取的措施

针对1 号机进水口漂浮物增多、拦污栅前后水位差较大,漫湾水电厂决定在1 号机进水口处安装水库导漂设施。考虑到安装水库导漂设施的工期和当时正处于汛期,正是水电厂发电的高峰期,电厂按大方式运行,问题严重而紧迫,电厂在工期内采取了以下排漂措施。

1) 开启坝顶溢流表孔排渣

自2007 年7 月下旬以来,运行值班员密切监视1 号机进水口处漂浮物及进水口拦污栅前后水位差情况,做好记录,发现水位差过大,立即向中调值班员汇报,及时调整机组出力。初始通过1 号机在电网系统低谷时适时停机,同时开启坝顶溢流表孔排渣,取得了一定的效果。

2) 人工清渣

随着上游来水的逐渐增大,各种水上漂浮物也日渐增多,单靠开启溢流表孔排渣已不能满足机组正常运行的要求,漂浮在1 号机进水口处的浮渣越聚越多。电厂采取在1 号机停机状态下人工驾船打捞浮渣,由于漂浮物大多为树木,数量多,体积大,经水浸泡后非常重,而船只容量有限,人工清渣效率很低,而且存在很大的安全风险,因此并未取得成效。该方案只适合清除数量较少、比较顽固的浮渣,不适合清理大面积的漂浮物。

3) 甩负荷反冲后开启溢流表孔排渣

由于人工清渣效率低,而1 号机进水口处的漂浮物聚集太多,拦污栅前后水位差一直在增大,严重影响机组运行,电厂向中调申请,在后半夜电网系统低谷时,对1 号机进行甩负荷紧急停机,利用形成的水锤波对拦污栅进行反冲,将聚集在进水口处的漂浮物扩散、转移,再开启溢流表孔将其排走,达到清渣的目的。最初,甩负荷反冲效果明显,拦污栅前后水位差过大的问题得到一定的缓解,但持续时间较短,反冲5 d 左右水位差又变得较大,需再次甩负荷反冲。进行了4 次机组甩负荷反冲后,第5 次、第6 次反冲效果就很不明显,初步分析原因是进水口拦污栅已严重卡堵。

4) 人工水下清渣加甩负荷反冲

机组在进水口拦污栅前后水位差大的状况下运行,很容易导致拦污栅被杂物卡堵,再加上多次机组甩负荷反冲,对拦污栅前后产生负水位差,导致个别杂物完全卡死在拦污栅上,时间长,次数多,出现链式效应,最终造成拦污栅被严重卡堵。针对此问题的紧迫性和严重性,电厂立即采取人工潜水至拦污栅下进行水下清渣的措施。考虑到漫湾水电厂正处于大方式下运行,水下清渣花费的时间较长,需分阶段进行,即电网系统负荷高峰期开机,低谷期停机清渣。由于拦污栅前浮渣聚集严重,清渣的顺序务必从上往下,防止堆积物坍塌危及潜水员安全。清渣时,岸上需有相关人员配合,卡在拦污栅上的树木等大的杂物,由潜水员用绳子绑牢,岸上的人用力往上拉。人工水下清渣一个阶段的工作完成后,还应将机组甩负荷反冲一次,以清除已松动的杂物,再通过开启溢流表孔将浮渣排走。2 个阶段工作完成后,进水口拦污栅前后水位差已明显减小,效果非常好,为安装水库导漂设施赢得了时间。

5) 安装水库导漂设施

安装水库导漂设施是减少进水口拦污栅前浮渣的长期有效措施,其安装位置见图2 。漫湾水电厂完成水库导漂设施的安装后,拦污栅前后水位差大的问题得到了根本性解决,达到了预期效果。

6) 在进水口处安装清污机

为防止水库导漂设施在长时间运行后出现局部损坏、临时检修或其他异常情况,导致进水口拦污栅前又聚集浮渣,电厂决定在1 号机进水口处安装抓斗移动式格栅清污机,它具有抓斗容量大、适应能力强、抓取深度大、性价比优等特点。这样, 对解决1 号机进水口拦污栅前后水位差过大上了双保险。

采取以上清渣措施后,缓解了1 号机进水口拦污栅前后水位差过大的问题。整个排漂过程及效果见表1 。

4 　甩负荷对机组的影响及重点检查项目

为了解决1 号机进水口拦污栅水位差大的问题,漫湾水电厂对1 号机进行了多次甩负荷紧急停机,由于是采用非正常方式停机,对机组零部件造成一定的伤害,并出现过一次机组冷却水中断故障。因此,甩负荷停机后,运行人员应对机组设备进行详细检查,重点检查项目如下:

1) 发电机励磁滑环及碳刷有无损坏;

2) 发电机上机架千斤顶有无明显变形;

3) 发电机转子有无明显变形或焊缝裂开;

4) 各轴承油箱油位及油管接头有无漏油;

5) 主轴密封装置有无损坏;

6) 真空破坏阀有无漏水或阀杆拉断;

7) 剪断销有无剪断;

8) 蜗壳进人门、尾水进人门螺丝是否松动,有无裂纹;

9) 蜗壳取水管路各设备是否正常,有无漏水现象,水压流量是否正常。

5 　结语

在汛期,河流来水大,水电厂进入发电高峰期,但水库漂浮物也非常多,运行值班员应时刻监视机组进水口处漂浮物情况和拦污栅前后水位差,做到及时排渣。最好在电厂初期设计时考虑水库浮渣情况,装设清渣设施,从而消除由于进水口拦污栅前后水位差大对机组运行造成的影响。