泄洪排沙高含沙水流对小浪底机组的影响分析及应对措施

李鹏 韩宏斌 丁焱

摘要：分析了泄洪排沙高含沙量水流对机组的影响，针对异常情况提出了有效的应对措施。

关键词：高含沙量;混流式水轮发电机组;影响;应对措施

0    引言

小浪底水电站是黄河干流上的一座大型水利枢纽工程，作为河南电网的主要调峰、调频和事故备用电站，共装设6台300 MW的混流式水轮发电机组。2018年7月以来，因黄河流域防汛需求，小浪底水库持续泄洪排沙，库水位不断下降，机组运行水头不断降低。受汛期水库排沙影响，机组过机含沙量较高，经定时观测，小浪底机组过机含沙量最大达到72.85 kg/m3，造成运行中的机组主轴密封磨损、漏水量增大，顶盖泵运行时间延长，启停间隔增大;停机避沙机组尾水管淤堵、发电机顶部冒水;机组并网运行后出力波动等多项异常情况。现针对这些异常加以分析，并提出有效的应对措施。

1    高含沙过机水流对机组的影响

1.1    机组主轴密封磨损、漏水量增大

由于运行机组过机含沙量较高，运行人员在监屏过程中发现部分运行机组顶盖排水泵运行时间由以往的6～7 min延长到超过50 min未停泵，值班人员现地检查发现机组顶盖内淤积大量泥沙，主轴密封漏水量增大，而且水位有缓慢上升趋势。停机后通过测量机组主轴密封4个方向的浮动环高度数据发现：-Y方向162.2 mm、+X方向160.1 mm、+Y方向162.2 mm、-X方向165.5 mm，较原始数据173 mm有大幅减小，由此断定机组在运行过程中主轴密封抗磨板在高含沙量的水流中磨损严重且不平衡，导致机组主轴密封漏水量增大;由于抗磨板的不平衡磨损，高含沙量的泥沙水进入机组顶盖，经过沉淀造成顶盖排水泵被泥沙淤积堵塞，排水效率降低，运行时间增长。

1.2    发电机大轴顶部冒水

过机含沙量较大，严重影响了机组的安全稳定运行，我厂采取机组停机避沙措施，确保机组的安全。但在实际避沙过程中发现，机组尾水管肘管底部被沉积的泥沙封堵，加之机组导叶筒阀关闭不严，含沙小水流不断注入尾水锥管内，流量较小，无法冲走尾水管肘部淤积的泥沙（图1），压力钢管内压力传递到尾水锥管内，随着尾水管内压力的不断增大，尾水从机组未安装任何止水装置的大轴补气管顶部溢出，造成发电机端盖和上导油槽进水。

1.3    机组并网运行后负荷波动

随着过机含沙量的减小，我厂对机组进行了开机并网，并网后发现机组带出力时从13 MW向168 MW调整过程中，机组出力上升到126 MW后自动降至100 MW，上升至170 MW后又降至80 MW再升至160 MW，重新设定有功功率168 MW，出力再次自动降低，申请停机后检查调速器调节正常。类似现象在其他机组开机并网后同样出现。事后分析，之所以出现负荷波动是由于机组尾水管堵塞造成尾水不能畅泄，蜗壳内的淤积泥沙在机组开机后随水流通过导叶后遇到阻塞形成了不规则的流动，影响了机组导叶开度调整，对机组负荷调整造成影响。

5#、6#机并网后出力波动功率曲线如图2、图3所示。

2    应对措施

2.1    主轴密封磨损、顶盖泵堵塞

针对机组运行过程中主轴密封因高含沙量水流磨损严重，顶盖排水泵被泥沙淤积堵塞，排水效率降低，运行时间增长的问题，我厂在不断总结经验的基础上加大了停机避沙频次，根据机组主轴密封运行工况制定相应的停机避沙策略。当机组过机含沙量持续大于10 kg/m3时停发电洞进水口较低的5号、6号机组;持续大于20 kg/m3时再停2台机组;持续大于40 kg/m3时再停1台机组，保留主轴密封工况好的機组运行，保证厂用电安全;持续大于60 kg/m3时全厂机组停机避沙。当未达到停机避沙条件时，定期停机测量机组浮动环高度，通过上述测量数据分析主轴密封抗磨板磨损程度，磨损严重时申请机组解备临检更换主轴密封抗磨板。采用顶盖排水泵回路中并联临时泵的方法来保证顶盖内的积水及时排出，同时每天加密巡检次数，重点关注顶盖内泥沙淤积情况，发现泥沙淤积严重时，安排工作人员采用高压水将淤积泥沙搅起来加以稀释，用顶盖排水泵排出，以减少泥沙在顶盖内的淤积。

2.2    机组大轴补气管顶部冒水

针对不断出现的尾水管淤堵造成机组大轴补气管顶部冒水，主要采取以下几项措施：

（1）机组停机避沙，需加强对上位机尾水进人门压力的监视，同时定期在发电机顶部用红外测距仪测量大轴补气管内水位，发现尾水进人门压力上升或大轴水位升高现象，及时开机冲淤。

（2）如尾水进人门压力和大轴水位均未见异常，停运机组，每4 h开机冲淤一次。

（3）为防止尾水管淤堵，在机组停机时不停清水供水，倒换技术供水阀门运行方式，向尾水管注入一定流量的清水进行尾水管冲淤。

2.3    机组并网运行后出现负荷波动

针对机组并网运行后出现负荷波动，制定了机组开机前小开度冲淤方案，即每次停机避沙后、机组开机前，机组压力钢管充水工作完成后，先安排人员将机组导叶通过调速器手动开至4%开度，持续小流量对机组流道进行疏通，并观察机组过流情况和尾水管压力变化，待尾水管压力稳定后再手动将机组开至空转状态，利用机组空转流量对机组蜗壳、尾水管等部位淤积泥沙进行冲刷，以保证尾水管的畅通，从而避免了因尾水管堵塞造成管内尾水的不规则流动，影响并网机组负荷调整。

3    结语

通过分析高含沙水流对小浪底运行机组造成主轴密封磨损、漏水量增大，顶盖泵运行时间延长，启停间隔增大;停机避沙机组尾水管淤堵、发电机顶部冒水;机组并网运行后出力波动等异常情况，在工作实践中不断总结经验，结合实际提出应对措施，有效克服了高含沙水流对小浪底机组带来的影响。但还有一些亟需解决的技术难题，仍需我们不断探索攻关，以便运行维护好发供电设备，为河南电网提供优质可靠的绿色能源，更好地促进地方经济、社会发展。

[参考文献]

[1] 刘婉，王丹阳，郑雪冰，等.浅谈小浪底水电厂机组大轴顶部冒水[J].机电信息，2020（21）：59.

收稿日期：2020-08-25

作者简介：李鹏（1973—），男，河南洛阳人，高级工程师，研究方向：水电厂运行管理。