汛期机组出力下降的原因分析及处理

周海峰

(浙江浙能华光潭水力发电有限公司，浙江 杭州 311322)

华光潭水电站位于浙江省杭州市临安区分水江干流昌化江上游的巨溪上，是由上、下游一、二级水库和一、二级电站组成的引水式梯级电站。电站装有4台立式混流式水轮发电机组，总装机容量85 MW，其中一级电站1、2号机组各30 MW，二级电站3、4号机组各12.5 MW。一级库总库容8 257万m3，工程以发电为主，兼有防洪作用。二级库总库容341万m3，为日调节水库，不承担防洪功能。

2019年第9号台风“利奇马”正面登陆浙江，本次台风强度大，过境杭州地区时带来狂风暴雨。8月10日华光潭电站流域内经历了短历时强降雨，多个雨量站降雨量超过200 mm。一、二级库水位迅速上升后开闸泄洪，二级库水位最高时超过了进水口拦污栅处的设备平台，随后发生了二级站3、4号机组出力下降的情况。

1 机组出力下降情况

历年来，当华光潭电站出现短历时强降雨天气时，流域山区会有大量洪水夹带树枝、树干等垃圾冲入水库，二级库进水口拦污栅会出现一定程度的堵塞情况，造成二级站3、4号机组出力下降。出现这种情况时，一般是停机后对进水口拦污栅处的垃圾进行抓污清理，即可恢复机组的正常出力运行。但是，本次台风过境强降雨造成的机组出力下降速度更快、程度更大，同时机组出现振动增大、水导轴承温度升高的情况。8月10日18时，当二级库水位超过228 m后，二级站3、4号机组导叶全开，同时两台机组出力很快下降，具体情况见表1。

从表1可以看出，3、4号机组短时间内出力迅速下降，同时运行人员发现机组振动增大，3号机组水导轴瓦温度有上升趋势。为保证机组安全，运行人员申请3、4号机组停机解列。停机过程中3、4号机组各有一处导叶剪断销剪断，运行人员关闭3、4号机主阀，确保机组能安全停机。

表1 3号、4号机组出力下降情况表

2 原因分析

结合实际情况分析造成机组出力下降的原因主要有以下两点。

2.1 进水口拦污栅堵塞

二级站3、4号机组从同一条进水口引水隧洞取水发电，引水隧洞接近厂房时分叉后分别进入3、4号机组蜗壳发电。当出现短时强降雨时，流域内会有大量林木树枝杂物进入二级库。根据经验，这种时候二级库拦污栅外围的拦污漂经常会发生翻转故障，失去外围拦污作用，造成进水口拦污栅处杂物堆积，从而影响3、4号机组的进水量和有效水头，造成3、4号机组出力下降。

经过二级坝泄洪人员的现场检查确认，发现外围拦污漂在台风洪水的作用下发生断裂，其中一部分拦污漂断裂后堵在了进水口拦污栅处。同时拦污栅处堆积了大量的树枝、树干、生活垃圾等杂物。说明进水口拦污栅堵塞是造成机组出力下降的一个原因。但是，进水口拦污栅堵塞以前也遇到过，不会在短时间内造成机组出力大幅度的下降。因此本项原因应该不是主要原因。

2.2 机组蜗壳导叶处堵塞

3、4号机组出力下降的同时振动增大，停机过程中发生了剪断销剪断的情况。据此分析机组导叶间夹有较大的杂物造成剪断销剪断。导叶间有杂物堵塞造成进入转轮的水流不平衡，使机组的振动增大。2台机组都出现了剪断销剪断情况，说明从引水隧洞进入蜗壳的杂物应该不在少数。根据机组出力下降的幅度判断，应该有大量的杂物进入了蜗壳，在固定导叶处堆积堵塞，造成进入转轮的水流量迅速减小。

二级库进水口拦污栅处的设备平台上设置有进水口事故闸门井，闸门井周围有不锈钢铁丝网围成的栅栏。由于本次台汛短时间内降雨量特别大，水位高出进水口设备平台。待水位下降后，检查发现进水口设备平台上的闸门井铁丝网栅栏被冲跨，大量垃圾可以从闸门井处进入引水隧洞。据此判断，进水口闸门井处进入大量杂物造成蜗壳堵塞是机组出力下降的主要原因，见图1和图2。

图1 进水口拦污栅堵塞图

图2 进水口闸门井失去防护图

3 处理过程

3.1 进水口拦污栅处垃圾清理

二级库水位下降后，立即组织人员对进水口处垃圾进行清理。完成了进水口设备平台、进水口闸门井、进水口拦污栅等处的树木垃圾清理，同时对损坏的拦污漂临时性加固修理。对拦污栅附近水域漂浮的树枝树干各类垃圾进行抓污清理。通过对进水口附近各处垃圾的清理，确保机组开机后不会再有新的杂物进入引水隧洞。

3.2 机组蜗壳导叶处垃圾清理及检查

机组关主阀停机，做好相应安全措施后，检修人员打开机组蜗壳进人孔、吸出管进人孔，分别对蜗壳及转轮室进行检查。发现蜗壳内有大量树枝、树干等垃圾。这些垃圾卡在固定导叶处造成机组出力下降及水力不平衡的机组振动。还有大段树干及铁桶、铁丝网等夹在机组活动导叶间，造成停机关导叶时剪断销剪断。

完成机组蜗壳内及导叶间的垃圾清理后，检修人员详细检查了各片导叶，未发现有变形损坏情况。对3、4号号机组断裂的剪断销进行更换。通过调整接力器压紧行程，测量各导叶的立面间隙，间隙测量值基本符合要求[1-2]。

3.3 引水隧洞内存量垃圾清理

经过以上处理，恢复安全措施后机组恢复了备用状态，具备了并网发电的条件。但是，由于之前进水口进入了大量树枝、树干等垃圾，二级引水隧洞内应还存有大量垃圾。此时如果开启机组运行，可能很快会有垃圾杂物冲下来进入蜗壳。

经过分析，对引水隧洞内存有的垃圾杂物，制定了如下的清理方案：①机组开启空运状态；②在机组水车室、转轮室人孔门处安排人员监视、监听机组运行情况，测量机组振动摆度值；③如机组振动正常，未发现异常声响，则申请机组并网发电，逐步带机组有功负荷至额定值；④发电态时继续监视、监听机组运行情况，如听到异常声响、出现振动增大情况，则视情况申请机组停机处理。如机组能够正常稳定运行，则继续并网发电，以确保引水隧洞内部的垃圾能够向下游侧冲刷；⑤经过两台机组连续发电一段时间后，申请停机处理，停机后对蜗壳内部垃圾再次清理。

根据以上方案，通过几次反复的并网发电、停机清理过程，完成了引水隧洞内存量垃圾的清理，又清理出了一些卡在导叶处的较大树枝、树干。

3.4 避免导叶剪断销剪断的停机方式

由于引水隧洞内部垃圾的清理需要几次反复的并网发电、停机清理过程，如果在停机过程中活动导叶间卡住了大块的树干等物体，则很可能会再次发生导叶剪断销剪断的情况[3]。

经过分析，运行人员制定了能够避免导叶剪断销剪断的停机方式：①上位机下令逐步减机组有功、无功负荷到零，观察导叶关回动作正常，无剪断销剪断；②下令机组转到空运态运行，监视机组开关分闸、灭磁正常；③关闭3号机主阀，监视蜗壳水压下降，机组转速下降到制动闸制动的转速时手动加闸制动；④监视机组转速下降到零，关闭机组冷却水，手动撤闸。

通过以上关主阀手动停机的方式，达到了导叶空载开度时停机的目的，避免了导叶全关时剪断销剪断的风险。

4 防范措施

通过这次强降雨引起的机组出力下降事件，得到了一些有用的经验，同时也发现了一些薄弱环节，需要在后期进行整改。

1)在进水口处增设可调方向的球机摄像头。运行人员每日巡查工业电视监控视频，查看二级库进水口拦污栅处垃圾堵塞情况，拦污漂是否发生故障。如发现异常情况及时通知水工部门进行抓污清理[4-5]。

2)进水口拦污漂改造。目前进水口外围拦污漂在水位出现快速升降的时候，经常在两侧发卡造成拦污漂故障。本次台风降雨期间甚至出现了断裂堵住进水口拦污栅的情况。根据实际情况，应该着重考虑更换质量更好更可靠的外围拦污装置。

3)进水口拦污栅内侧与设备平台之间的间隙加装防护装置。由于这部分间隙在水位升高时也可能进入杂物，需对这部分间隙加装防护。同时应对拦污栅进行全面检查维护，发现有变形间隙增大的地方应及时检修处理，确保拦污栅处不会进入较大杂物。

4)加固进水口设备平台上的事故闸门井防护栅栏。一般情况二级库水位不会超过进水口设备平台高度，但是出现类似本次台风强降雨时水位可能会高出设备平台，此时设备平台上的闸门井处的防护栅栏应足够牢固可靠，确保不会被大风暴雨冲跨。

5)引水隧洞调压井口平台做好防止杂物进入的防护。引水隧洞调压井也是机组蜗壳可能进入杂物的地方，尤其是出现强台风、强降雨的情况，应该事先做好检查防护工作。

5 结 语

在水库高水位时，及时完成了本次抢修工作，恢复了机组正常状态，及时并网发电。本次抢修对减少汛期高水位时水库的泄洪弃水量、提高电站发电效益具有积极意义。对类似情况的水电站开展防汛防台及抢修工作具有较好的借鉴意义。