冗各水電站3號機組尾水管里襯脫落原因分析及處理

葛 曦，張 華

(1.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002；2.貴州省農村水電及電氣化發展局，貴州 貴陽 550002)

1 概述

貴州省冗各水電站位于貴州省黔南布依族苗族自治州羅甸縣逢亭鎮冗各鄉，是蒙江流域的第八級電站，上游為雙河口水電站，下游為石門坎水電站，裝機容量為3×30MW，電站最大水頭50.29m，加權平均水頭47.43m，最小水頭44.31m，電站在系統中主要擔任峰荷、調頻作用。水輪機型號為HLA551c-LJ-288。

2 尾水管脫落情況

冗各水電站于2012年10月開工建設，2016年6月底首臺機(3號機組)投產發電，2017年11月，電站運行人員對機組進行冬季巡檢，發現3號機組尾水管里襯局部剝落，具體位置在水輪機尾水肘管里襯出水尾端底部及順水流方向左側尾端下部，底部剝落斷面形狀為等腰梯形，上底約6.1m，下底約8.7m，高約3.5m；左側尾端下部剝落斷面形狀為矩形，高約1m，寬約2m。如圖1所示。

圖1 尾水肘管里襯剝落位置及尺寸圖

3 尾水管脫落原因分析

3.1 電站安裝高程復核

根據電站的實際運行情況，電站裝機三臺時，按一臺機的額定過流量從下游水位與流量關系曲線中確定設計尾水位。該電站一臺機的額定過流量為74.1m3/s，該設計尾水位為445.17m，推薦的水輪機吸出高度Hs≤-0.32m(轉輪葉片和下環采用不銹鋼)。為不影響總體樞紐布置，并留足安全余量(地下式廠房，工程量影響不大)，最終取吸出高度Hs=-4.43m(k=2)，固定導葉高度為2.52m。因此，確定水輪機的安裝高程為442.00m，該安裝高程是合適的。

3.2 電站長期運行在低水頭低負荷區域

電站3號機組運行初期，水庫的蓄水未達到正常蓄水位，電站尾水河道尚有棄渣未清理，因此電站的實際運行水頭較低。根據電站的統計數據，3號機在47m水頭以下運行占一年72.3%的時段，同時由于受來水影響，全年有64.7%的時段運行在機組額定出力的45%以下(即≤13.5MW)，低于混流式機組的穩定運行范圍。但機組水導、上導、下導軸承溫升在允許的范圍內，所測各部振擺度也滿足要求。

結合以上運行數據，可以得出機組運行范圍如圖2所示。

圖2 3號機水輪機運行范圍圖

圖2中，右側部分是根據水輪機的水頭范圍及45%出力限制，繪制的HLA551c-LJ-288水輪機運行范圍圖，可以看出，機組運行范圍較優，涵蓋了較寬的高效區。左側陰影部分是根據電站運行初期的數據統計進行繪制的運行范圍圖，陰影較密部分占據了約3/4的運行時間，該部分區域效率低，完全屬于水輪機需要避開運行的范圍。該區域氣蝕性能差，機組振動嚴重，長期運行在該區域，對機組十分不利。

根據電站的實際運行情況，電站裝機三臺時，按一臺機的額定過流量從下游水位與流量關系曲線中確定設計尾水位。水文專業提供了廠址處尾水位與流量關系曲線，該電站一臺機的額定過流量為74.1m3/s，該設計尾水位按下廠尾確定為445.17m，推薦的水輪機吸出高度Hs≤-0.32m(轉輪葉片和下環采用不銹鋼)。為不影響總體樞紐布置，并留足安全余量(地下式廠房，工程量影響不大)，最終取吸出高度Hs=-4.43m(k=2)，固定導葉高度為2.52m。因此，確定水輪機的安裝高程為442.00m。

3.3 施工過程中灌漿不密實的影響

如圖1所示，尾水管底部是從分節縫處整齊地剝落的，側面看出沿分節縫較為整齊的斷面。根據廠家設計：尾水管采用符合HLA551c流道的肘形尾水管。尾水管里襯為Q235-A金屬里襯，厚度為10mm，在錐管的進口段設有500mm長的不銹鋼段，肘管段采用Q235-A焊接而成，分節運輸，工地組焊成整體，在底板處電站配割灌漿孔，待灌漿孔有砂漿冒出后再封焊牢，并打磨光滑。

在實際施工過程中，安裝單位并未在底板處配割灌漿孔，由于尾水管分段處有100mm的加強環筋，在尾水管底部混凝土澆筑時，由于灌漿的不密實，因此導致兩個加強環筋之間有空氣存在，形成空腔，水流長期沖刷振蕩，為之后的里襯剝落埋下隱患。

3.4 焊縫質量不高及拉筋數量不夠

在肘管分節運輸至工地后，從后期整齊斷開的焊縫位置可以看得出來，組焊的過程中，焊縫質量把控不到位，存在點焊現象，導致后期機組運行過程中，水流長期沖刷導致焊縫撕開卷起，伴隨著尾水渦帶的作用，進一步撕裂拉大，而廠家所供的拉筋為扁鋼所制的Y型拉筋，一臺機的數量為90個，因此拉筋的間距較大，并且拉筋尺寸較短，長度僅為150mm，因此不能很好地與混凝土鋼筋焊接在一起，沒有起到加強穩固的作用。

4 尾水管里襯脫落處理方案

根據現場破壞情況，決定采取混凝土回填、恢復鋼襯及灌漿的修補方案。具體處理方法如下：

(1)鋼板割除。將已破壞區域四周卷起及脫空鋼板整齊割除。

(2)原混凝土鑿除/鑿毛。將底板鋼板剝落及割除區域內的混凝土鑿除30cm深(鑿除時注意保護鋼筋)。將左側墻鋼板剝落及割除區域內的混凝土鑿毛沖洗干凈。

(3)鋼板安裝。根據破壞區域及廠家要求，將鋼板按原設計體型進行恢復。恢復鋼板保證與原鋼板牢固焊接；恢復鋼板端部，做好封口。

(4)錨筋布設。在修補區域內布設錨筋。錨筋采用C25鋼筋，間排距0.8m，梅花形布置，錨筋長度1.2m，錨固長度≥1.0m，錨筋采用微膨脹砂漿錨固。將鋼板與錨筋牢固焊接(鋼板預留錨固焊接孔)。

(5)新澆混凝土。鑿除區域采用C30細石混凝土回填振搗密實。

(6)環氧漿液灌注。根據鋼板上預留灌漿孔進行灌漿。灌漿應自低處孔開始灌注，灌漿漿液選用低稠度環氧灌漿樹脂，灌漿壓力0.3～0.5MPa，具體根據實際情況確定。

(7)平整鋼板。灌漿完成后，割除灌漿管、排氣管及外露錨筋，用焊補法封孔，將鋼板打磨平整，以恢復過流面的平整度。施工過程中注意保護止水環不被破壞。

建議對右邊墻采用錨筋加固，錨筋采用C25鋼筋，間排距1m，錨筋長度1.2m，錨固長度≥1.0m，錨筋采用微膨脹砂漿錨固。

由于肘管為地下密閉空間，為保證施工安全，肘管修補處理施工過程中嚴格遵循相關施工規程規范的要求，施工前需編制專項安全文明施工方案，確保安全。

5 結語

從電站的運行資料進行分析，可以看出冗各電站在機組選型方面是合適的，考慮到電站的水頭變幅不大，對選用的機型都留有一定的出力儲備，由HLA551c的氣蝕性能結合設計尾水位所定的安裝高程留有余量，但電站在實際初期運行階段存在低水頭部分負荷的工況，偏離了機組合理的運行范圍，施工過程存在一定的缺陷，施工工藝也存在一定的不足。

總的來說，破壞并非單一的因素導致，而是以上幾種問題集中在一起，導致破壞積聚、形成、產生、加劇。在水電站的運行前期，往往追求發電效益而忽略了機組穩定運行的前提，特別是要注意低水頭、低負荷運行時機組的性能監測，以保證機組穩定安全地運行。