无量河水电站冬季运行方式的探索和实践

刘 均 明, 李 永 强

(四川能投电力开发有限公司，四川 成都 611130)

1 概 述

无量河水电站位于四川省甘孜藏族自治州理塘县濯桑乡，厂房海拔高度3 650 m，年平均气温3.0 ℃，极端最高气温25.6 ℃，最低气温-30.6 ℃，从11月至次年4月初日平均气温均处在0 ℃以下，属典型的高海拔、氧气稀薄、长冬季严寒地区电站。主要建筑由首部取水枢纽、引水明渠(长3 404.26 m)、压力前池、压力管道和厂区构成，设计引用流量31.5 m3/s，设计水头21 m，装机2×2 500 kW，设计年发电量3 435.65万kWh，设计年利用小时数6 871 h。引水明渠为浆砌块石渠道，压力前池机组进水口处设有拦污栅和闸门，压力前池离机组进水口60 m处设有溢流道。厂房由水轮机层、发电机层和中控室三层构成。发电机定子采用风冷，定子机坑与风道连接，热风通过风道直接排到厂房外；上导轴承、推力轴承、下导轴承设有冷却供水系统，水导轴承空气自然冷却；渗漏积水井设有两台深井排水泵，渗漏水直接排到厂房外的尾水处，深井泵前设有止回阀，防止夏天河床水位抬高时水倒流进厂房。电站2010年8月正式投产发电，作为四川省甘孜州理塘县的骨干电源，对该县少数民族的生产、生活用电起主要作用，对维护藏区的稳定具有重要意义。

电站投产发电以来前几年的冬季(11月到次年的4月初)，拦污栅处不断结冰,导致水流不能流入水轮机,冰层不断向渠道延伸、不断增厚，从结成冰盖到整个渠道冻结，冰若继续不断膨涨会将渠道薄弱处涨垮,且要待4月昼夜气温均在5 ℃以上才能修复；供水冷却系统、上导轴承、下导轴承油冷却器的管路、阀门出现结冰爆裂而无法正常运行；厂房内集水井止回阀后管路因结冰而堵塞，使集水井内的水无法正常抽排。除冰恢复后，运行很短时间又出现同样的问题。将厂房门窗关严、在发电机层和水轮机层均布置加热器、用电加热器烘烤管路和阀门，厂房内的温度仍然在0 ℃以下,使管路和阀门仍然结冰而冻裂。电站长期处于停产或半停产状态，严重影响当地的生产生活用电。

2 改变冬季运行方式

由于高海拔、高严寒地区进入冬季后环境温度很低，气温均在0 ℃以下，尤其是每年1月下旬到2月中旬这段时间，气温均在-20 ℃以下，极端气温低于-30 ℃。这种气温环境下，除冰慢于结冰，收不到除冰的效果。由于气温太低，需要大量电加热器才能把厂房内温度升到0 ℃以上，由于厂用变压器容量的限制，电加热器的数量有限，靠电加热器达不到厂房内温度的要求。运行人员通过多年的探索，在借鉴陈容[1]、梁慧芬[2]的《中小型水电站安全运行管理经验》和罗永全[3]的《中小型水电站运行管理提高经济效益经验》的基础上，总结出无量河电站冬季运行方式，改变了冬季设备设施无法正常运行的状况，使取水口、引水渠道、机组设备等在严寒的冬季依然能够安全可靠运行，使理塘县少数民族在严寒的冬季也能用上可靠的电能。

2.1 机组进水口拦污栅的运行方式

为了减少进水口拦污栅栅条对水的阻力，分别将栅条的间距从20 mm变成30 mm，从30 mm变成50 mm，从50 mm变成80 mm，从80 mm变成100 mm，试验效果均不理想，拦污栅、压力前池和渠道仍然会全部结冰。最后将拦污栅拆出，使水从进水口畅通地进入水机，流动的水因为没在拦污栅处结冰，水在压力前池和渠道表面形成的冰盖下面流动，保持流动的水不结冰的状态。根据多年的观测，进入冬季，无量河最大流量约为10 m3/s，接近设计引用流量的三分之一，故将拦污栅上提2.5 m锁定在压力前池平台上,保持水流的畅通。待次年气温稳定在0 ℃以上后解除锁定又将拦污栅放置到正常位置,进行正常的拦污。无量河上游在冬季由于杂草、树林干枯，各种施工基本停止，河水比较干净，冬季取消机组进水口处的拦污栅。经过几年的运行实践，证明机组进水口处的拦污栅在夏秋季节安上冬春季拆除的运行方式是可行的。

2.2 定子运行方式的改变

无量河电站定子的冷却方式是定子机坑内的热空气通过风道排出到厂房外,而冷空气从水机室、下机架进入定子机坑的空冷方式进行冷却，这种冷却方式经过多年的运行证明是可行的，即在寒冷季节利用发电机运行中产生的热量，把水轮发电机组本身作为一个巨型加热器，用来加热厂房内的冷空气。具体操作是用绝热材料制作挡风板，用棉花等保温材料 将两台发电机排风口封闭严实而不向外散热，确保发电机运行自身产生的热量加热定子机坑、水机层及发电机层，提高厂房内的温度。定子通风道封堵示意见图1。

图1 定子通风道封堵示意图

这种运行方式可以使厂房水机层、发电机层内的温度保持在3 ℃～5 ℃，确保了厂房内的管路、阀门等设备不致结冰而冻裂，机组可以安全可靠运行。同时，取消了厂房水机层和发电机层内的电加热器，节约了厂用电量。待环境温度持续保持在5 ℃以上后，将挡风板和保温材料撤出，恢复正常的空气冷却方式。

2.3 渗漏排水系统冬季运行方式

电站所有渗漏水均流到渗漏集水井内由深井泵排到厂房外。汛期为了防止尾水水位抬高使水倒灌到集水井，在深井泵前面的管道上装上止回阀,止回阀内装有阀板,阀板顺着排水的方向打开，逆着排水的方向关闭，渗漏积水井的水位升到设定的高度时，水泵自动抽水，水位降到设定的高度时，自动停止。在冬季气温十分低时，水泵停止工作，管内的积水与阀板同时结冰，导致不能正常排水。由于冬季河床水位本身极低，不会出现水倒灌的情况，故将止回阀阀板取出。阀板取出后，水泵停止运行，管道内的积水立即自动流回积水井内，管内无水，也就无冰可结，使水泵能够顺利进行抽水工作。待气温持续到5 ℃以上后，将止回阀的阀板重新回装到位。

2.4 停电时的运行方式

前些年,由于地理位置、地理条件的限制，处于孤网运行的供电网络十分脆弱，在寒冷的冬季，因冰雪灾害经常引发解网跳闸事故。在这种情况下,无量河电站又不能停机，必须保持发电机处于运行状态，才能使机组不间断地为厂房加热，保证引水道的水不断地流动，达到对设备设施加热保温的目的。

2.5 压力前池溢流口的运行

在持续低温环境下,引水明渠和压力前池表面必然结冰并形成冰盖,水在冰盖下流动。在脆弱的电网特别是孤网运行的电站，机组跳闸甩负荷的事故时有发生。机组甩负荷后，压力前池内的水能否顺利溢出至关重要，若不能顺利溢出就可能涨垮渠道。无量河电站投产运行的前几年，渠道每年至少有一处被涨垮。原因是压力前池的溢流口结出很厚的冰，机组甩负荷时水不能从溢流道正常排出，设计为无压引水变成了有压引水，渠道薄弱处被挤压垮塌。在参考吴建良[4]《高严寒高海拔地区水电站引水渠道设计经验》基础上，采取了强有力措施将压力前池溢流道口的冰除去，确保溢流道口水流畅通。同时，电站运行值班人员通过监控视频观察引水渠道的来水及结冰变化情况，通过调整机组负荷，将溢流道口扎下来的冰块从溢流口冲走，确保溢流口溢水畅通。经过几年的实践证明，这种方法行之有效。

2.6 机组检修的安排

根据上游的来水情况，参考陈造奎[5]《水力机组检修安排思路》，该电站冬季必须有一台机组发电，以满足理塘县少数民族居民生活用电和自身防冻保温的需求。由于每年十月下旬来水量只能一台机满发，另一台机组就要作为冬季运行机组进行检修，而且必须在十一月上旬完成检修任务。若需大修的机组则安排在次年5月到6月间进行。待拟作为冬季运行机组完成检修并启动运行后，另一台机组停机，关闭其对应前池的进水闸门，利用蜗壳排水阀将蜗壳和压力管道的积水排空，同时，利用电站低压空压机的压缩空气，将停运机组上导、下导冷却器及管路和阀门的积水排空，防止结冰。不仅如此，还需将厂房内和大坝的柴油发电机冷却水放空，需要启动时再加冷却水。

3 取得的效果

通过对无量河水电站冬季运行维护的探索和实践，形成高海拔、高严寒水电站机组冬季运行的独特方式，且方法简单，效果良好。在长达5个月之久的高海拔冬季期间，无量河电站成功实现了每天24小时不间断发电目标，几年未发生因冰冻灾害而导致停机的现象。投产发电10年来，每年从11月初到次年4月初，冬季电站发电时间及发电量见表1。

表1 冬季电站发电时间及发电量

4 结 语

无量河电站地处高海拔、高寒地区，冬季气温低且持续时间长，如何解决引水道冻结对发电的影响，对厂房内的设备设施(特别是供水系统和排水系统的设备设施)防冻保温，在电网跳闸机组甩负荷情况下，如何保持压力前池的水能正常溢流成了重要的研究课题。经过几年的探索和实践，改变了原有的运行方式，成功地解决了这些问题。同时，不断加强运营管理和对职工的教育培训，设备设施的安全可靠性不断提高。近几年电站实现了按上游来水持续不间断发电，极大限度提高了机组利用小时数，保障了当地居民冬季生产、生活用电，缓解了当地电网供电的紧张局面，为促进高原藏区经济发展和社会稳定发挥了重要的作用。