瓦房城水电站发电机组出力严重不足的原因分析及处理

李 荣

(民乐县瓦房城水电站，甘肃民乐734500)

1 水电站概况

瓦房城水库电站地处甘肃省民乐县南古镇，座落于黑河流域东部支流的大堵麻河上，该流域属大陆性荒漠气候，多年平均降水量343 mm，多年平均流量2.63 m3/s，多年平均年径流量8 286万m3，水能蕴藏量3.78万kW。河道年均含沙量0.37 kg/m3，最大含沙量47.2 kg/m3,年平均输沙率0.48 kg/s,年输沙量1.54万 t。

水库坝址位于大堵麻河出山口，水库枢纽由大坝、溢洪道、输水洞及坝后式电站组成，控制流域面积211 km2。水库总库容2 160万m3，兴利库容1 833.1万m3，调洪库容626万m3，死库容3.8万m3，死水位54.5 m；主汛期汛限水位83.5 m，相应库容1 340万m3，次汛期汛限水位85.5 m,相应库容1 534万m3。经实测，水库已淤积库容29万m3，目前已无死库容。

电站位于水库坝后左侧，属坝后式电站,总装机容量2 060 kW(2×630 kW+800 kW)，设计年发电量620万kW·h ，架设1 800 kVA主变1台，10 kV并网线路1回。其630 kW发电机组电压等级6 300 V，800 kW发电机组电压等级10 000 V；630 kW水轮机型号为HLA690—WJ—63，转轮直径630 mm，设计水头35.7 m，设计流量2.2 m3/s，800 kW水轮机型号为HLA551C—WJ—68，转轮直径680 mm，设计水头35.7 m，设计流量3.42 m3/s。

2 问题的出现

2018年6月份，区域内干旱少雨，下游农户灌溉需水增大，灌溉引水量大于上游河流来水量，水库水位呈逐日下降趋势，电站发电机组出力也呈下降趋势；至7月中旬，发生连续阴雨天气，上游河流来水量大于灌溉引水量，水库水位呈逐日上升趋势；但电站值守人员发现，水库水位上升的同时电站发电机组的出力增加却不明显。为此，电站技术人员调取2017年和2018年水库相同库容、相同水位和电站相同引水流量条件下的水电站出力情况资料进行对比观察，发现2018年7月中旬时段(16—20日)内电站发电机组出力只达到了相同条件下2017年的53%～57.5%，且出力随水位上升趋势明显比2017年平缓(见表1)。

表1 等水位、等流量条件下电站出力对比分析

综上分析：等条件下，电站出力发生较大偏差，说明电站发电环节、设备环节、引水环节或者是某一环节出现了问题，致使发电机组处于非正常工况运行，导致发电机组出力严重不足，需尽快查明原因解决问题，以保证电站发电机组在正常工况下运行，多发满发，减少电站的经济损失。

3 原因分析

根据上述现象并结合电站多年运行经验进行分析，初步判断引起电站出力严重不足的原因有5个方面：一是调速系统故障；二是过水道堵塞；三是监控误显示；四是机械摩擦；五是引水系统堵塞。

3.1 调速系统故障原因分析

对3台机组调速系统进行全面检查：其油压装置压力和油位正常；各压力油管、阀门和接头附件均无渗漏油现象；手动进行调速系统联动调试，调速器、接力器及导水机构联动动作灵活可靠，全行程内动作平稳；导叶开度、接力器行程和调速柜导叶开度指示器三者吻合一致。经分析，否定了因调速器开度受限制影响机组出力，因调速系统故障造成机组遛负荷的预判可能。

3.2 过水道堵塞原因分析

根据运行经验，电站2台630 kW水轮机转轮因叶片过流间隙小，易发生石块、树枝卡塞造成机组出力下降。以此为据，对厂内中间位置布置的630 kW机组拆卸尾水弯管后进行检查，经手动盘车，转轮转动正常，叶片之间并未发现石块、树枝卡塞现象，尾水管内也未见任何异物。经分析，否定了因转轮内发生石块、树枝卡塞，因尾水管出现异物堵塞造成机组出力下降的预判可能。

3.3 监控误显示原因分析

检查微机调速柜导叶开度及其触摸屏显示值，并进行校核，显示值正常无误；检查励磁柜触摸屏显示的功率等相关参数与中控室计算机监控系统显示功率等相关参数，并进行对比，监控系统显示正常无误。因此，又排除了因监控误显示造成机组出力误显示的预判可能。

3.4 机械摩擦原因分析

根据运行值班人员观察，在机组出力不足的时段内，并未听到水轮机、发电机等设备有机械摩擦异响，也未出现机组振动、抖动等不平稳现象。因此，否定了因机械摩擦原因造成机组出力不足的预判可能。

3.5 引水系统堵塞原因分析

电站采用主管引水，到厂房前再分三岔的方式从水库输水洞(包括1扇检修平板钢闸门及启闭机和1套锥型阀及启闭机)引水，引水支洞长52 m，洞径2 m，引水口距水库输水洞锥型阀出口56 m。受实际条件限制，无法对发电引水支洞口的拦污栅进行实地检查。因此，只能综合近期水库水位、库容、来水流量及电站尾水出水流量进行分析预判：

(1)6月底，水库水位下降至64.6 m，库容减至198万m3。7月初，连续阴雨天气，致使上游河流来水急剧增大(最大来水量达20 m3/s)，来水携带大量泥沙、石块、树干、树根、杂草等入库；因水库经多年淤积，无死库容可言，泥沙、石块等杂物无沉积缓冲直接由洪水携带经水库洞口进入输水洞，在电站发电引水口形成淤积堵塞；拦污栅前后压差增大，电站水头损失，机组效率低下，影响了全部机组出力。据此判断，电站拦污栅淤积堵塞致机组出力不足的预判可能性较大。

(2)在电站发电机组出力严重不足的时段内，对电站尾水出水流量进行监测，尾水出水流量仅达到设计条件下的68%；由此，进一步说明电站引水系统堵塞的可能性较大。

综合以上分析认为，电站运行多年来从没发生3台发电机组同时出力不足的现象，且等条件下的尾水出水流量偏离设计出水量要求甚远，由此得出预判结论：因拦污栅堵塞，造成水轮机水头损失和供水流量不足而致发电机组出力不足的可能性较大，可由此入手展开调查。

4 处理对策

经请示上级，电站在做好各项协调工作和安保工作后，立即组织进行水库输水洞检查：关闭水库竖井检修闸门，开启锥型阀放空输水洞余水，派专业技工进洞检查。经查，输水洞内部发电引水口拦污栅下半部分已被块石、泥沙、树枝等杂物堵死，其上半部分栅条之间30%的面积被碎石、树杆卡塞；在拦污栅至锥型阀出口段泥沙、石块淤积严重，长度52 m，平均淤积厚度400 mm，直径200～350 mm的块石12块，预计需清理工程量15 m3。至此，水电站发电机组出力严重不足的问题原因查清。

因电站引水口拦污栅和水库输水洞堵塞淤积工程量较大，在输水洞直径2.5 m的有限空间进行人工清淤不能短时间内完成，困难很大。为避免下游灌溉用水紧张的矛盾纠纷，尽力减少电站经济损失，经研究分析后采取如下处理对策：

(1)对电站发电引水口拦污栅淤积和拦污栅至锥型阀出口段直径200～350 mm的12块块石进行全面清理。

(2)用铁耙等工具疏松拦污栅至锥型阀出口段淤积后，全部工作人员撤离水库输水洞，关闭水库锥型阀，关闭电站全部机组蝴蝶阀保持机组停机状态；待输水洞输满水后，开启水库检修闸，开启水库锥型阀，利用水库压力将电站拦污栅至锥型阀出口段疏松后的淤积由压力水流冲刷带走。

5 效 果

经过清理拦污栅和输水洞淤积，电站开机后，引水系统畅通无阻，全部机组满载发电，运行工况恢复正常状态，由此证明拦污栅和输水洞淤积清理很成功和彻底，为缓解紧张的水事纠纷、为电站机组多发满发和减少经济损失赢得了宝贵的时间。

6 结 语

瓦房城水电站因拦污栅淤积堵塞造成全部机组出力严重不足的问题，究其根源是水库丧失死库容功能，水库控制运营中库容控制过小，水位过低，水环境因素恶化而造成。同时，从侧面又凸显出该水库泥沙石淤积的问题，值得水库管理者深思。为避免今后出现类似问题，提出以下建议：

(1)水库管理者应高度重视水库泥沙石淤积问题。目前，该水库已丧失死库容功能，且泥沙石淤积达29万m3，长此以往，一旦淤积危及进水口和出水口，水库功能发挥就会受阻，利用效能就会下降；因此尽快对该水库进行清淤排淤，恢复其死库容功能显得十分必要。

(2)在水库控制运营中，应充分关注水库少库容、低水位情况运行时进出水口水环境状态。因水库无死库容功能，汛期洪水剧增时，进水口极易形成漩涡携带块石、泥沙等杂物进入输水洞，严重时可直接导致输水洞淤积堵塞而不能正常泄放。

(3)目前自动清污的拦污栅已经在部分电站普遍推广使用，条件允许的情况下，电站发电引水口拦污栅应适时进行更新换代，以保证电站设备安全，提高工作效率，减少经济损失。

(4)在水库水位低于64.6 m时，电站应停机进行设备检修保养工作，放水任务由水库锥型阀承担，如此可避免少库容、低水位运行时进出水口水环境状态恶化致块石、泥沙、树杆等杂物入洞淤积堵塞拦污栅，给设备带来损害。切忌因小失大，得不偿失。