泄洪排沙高含沙水流對小浪底機組的影響分析及應對措施

李鵬 韓宏斌 丁焱

摘要：分析了泄洪排沙高含沙量水流對機組的影響，針對異常情況提出了有效的應對措施。

關鍵詞：高含沙量;混流式水輪發電機組;影響;應對措施

0? ? 引言

小浪底水電站是黃河干流上的一座大型水利樞紐工程，作為河南電網的主要調峰、調頻和事故備用電站，共裝設6臺300 MW的混流式水輪發電機組。2018年7月以來，因黃河流域防汛需求，小浪底水庫持續泄洪排沙，庫水位不斷下降，機組運行水頭不斷降低。受汛期水庫排沙影響，機組過機含沙量較高，經定時觀測，小浪底機組過機含沙量最大達到72.85 kg/m3，造成運行中的機組主軸密封磨損、漏水量增大，頂蓋泵運行時間延長，啟停間隔增大;停機避沙機組尾水管淤堵、發電機頂部冒水;機組并網運行后出力波動等多項異常情況。現針對這些異常加以分析，并提出有效的應對措施。

1? ? 高含沙過機水流對機組的影響

1.1? ? 機組主軸密封磨損、漏水量增大

由于運行機組過機含沙量較高，運行人員在監屏過程中發現部分運行機組頂蓋排水泵運行時間由以往的6～7 min延長到超過50 min未停泵，值班人員現地檢查發現機組頂蓋內淤積大量泥沙，主軸密封漏水量增大，而且水位有緩慢上升趨勢。停機后通過測量機組主軸密封4個方向的浮動環高度數據發現：-Y方向162.2 mm、+X方向160.1 mm、+Y方向162.2 mm、-X方向165.5 mm，較原始數據173 mm有大幅減小，由此斷定機組在運行過程中主軸密封抗磨板在高含沙量的水流中磨損嚴重且不平衡，導致機組主軸密封漏水量增大;由于抗磨板的不平衡磨損，高含沙量的泥沙水進入機組頂蓋，經過沉淀造成頂蓋排水泵被泥沙淤積堵塞，排水效率降低，運行時間增長。

1.2? ? 發電機大軸頂部冒水

過機含沙量較大，嚴重影響了機組的安全穩定運行，我廠采取機組停機避沙措施，確保機組的安全。但在實際避沙過程中發現，機組尾水管肘管底部被沉積的泥沙封堵，加之機組導葉筒閥關閉不嚴，含沙小水流不斷注入尾水錐管內，流量較小，無法沖走尾水管肘部淤積的泥沙（圖1），壓力鋼管內壓力傳遞到尾水錐管內，隨著尾水管內壓力的不斷增大，尾水從機組未安裝任何止水裝置的大軸補氣管頂部溢出，造成發電機端蓋和上導油槽進水。

1.3? ? 機組并網運行后負荷波動

隨著過機含沙量的減小，我廠對機組進行了開機并網，并網后發現機組帶出力時從13 MW向168 MW調整過程中，機組出力上升到126 MW后自動降至100 MW，上升至170 MW后又降至80 MW再升至160 MW，重新設定有功功率168 MW，出力再次自動降低，申請停機后檢查調速器調節正常。類似現象在其他機組開機并網后同樣出現。事后分析，之所以出現負荷波動是由于機組尾水管堵塞造成尾水不能暢泄，蝸殼內的淤積泥沙在機組開機后隨水流通過導葉后遇到阻塞形成了不規則的流動，影響了機組導葉開度調整，對機組負荷調整造成影響。

5#、6#機并網后出力波動功率曲線如圖2、圖3所示。

2? ? 應對措施

2.1? ? 主軸密封磨損、頂蓋泵堵塞

針對機組運行過程中主軸密封因高含沙量水流磨損嚴重，頂蓋排水泵被泥沙淤積堵塞，排水效率降低，運行時間增長的問題，我廠在不斷總結經驗的基礎上加大了停機避沙頻次，根據機組主軸密封運行工況制定相應的停機避沙策略。當機組過機含沙量持續大于10 kg/m3時停發電洞進水口較低的5號、6號機組;持續大于20 kg/m3時再停2臺機組;持續大于40 kg/m3時再停1臺機組，保留主軸密封工況好的機組運行，保證廠用電安全;持續大于60 kg/m3時全廠機組停機避沙。當未達到停機避沙條件時，定期停機測量機組浮動環高度，通過上述測量數據分析主軸密封抗磨板磨損程度，磨損嚴重時申請機組解備臨檢更換主軸密封抗磨板。采用頂蓋排水泵回路中并聯臨時泵的方法來保證頂蓋內的積水及時排出，同時每天加密巡檢次數，重點關注頂蓋內泥沙淤積情況，發現泥沙淤積嚴重時，安排工作人員采用高壓水將淤積泥沙攪起來加以稀釋，用頂蓋排水泵排出，以減少泥沙在頂蓋內的淤積。

2.2? ? 機組大軸補氣管頂部冒水

針對不斷出現的尾水管淤堵造成機組大軸補氣管頂部冒水，主要采取以下幾項措施：

（1）機組停機避沙，需加強對上位機尾水進人門壓力的監視，同時定期在發電機頂部用紅外測距儀測量大軸補氣管內水位，發現尾水進人門壓力上升或大軸水位升高現象，及時開機沖淤。

（2）如尾水進人門壓力和大軸水位均未見異常，停運機組，每4 h開機沖淤一次。

（3）為防止尾水管淤堵，在機組停機時不停清水供水，倒換技術供水閥門運行方式，向尾水管注入一定流量的清水進行尾水管沖淤。

2.3? ? 機組并網運行后出現負荷波動

針對機組并網運行后出現負荷波動，制定了機組開機前小開度沖淤方案，即每次停機避沙后、機組開機前，機組壓力鋼管充水工作完成后，先安排人員將機組導葉通過調速器手動開至4%開度，持續小流量對機組流道進行疏通，并觀察機組過流情況和尾水管壓力變化，待尾水管壓力穩定后再手動將機組開至空轉狀態，利用機組空轉流量對機組蝸殼、尾水管等部位淤積泥沙進行沖刷，以保證尾水管的暢通，從而避免了因尾水管堵塞造成管內尾水的不規則流動，影響并網機組負荷調整。

3? ? 結語

通過分析高含沙水流對小浪底運行機組造成主軸密封磨損、漏水量增大，頂蓋泵運行時間延長，啟停間隔增大;停機避沙機組尾水管淤堵、發電機頂部冒水;機組并網運行后出力波動等異常情況，在工作實踐中不斷總結經驗，結合實際提出應對措施，有效克服了高含沙水流對小浪底機組帶來的影響。但還有一些亟需解決的技術難題，仍需我們不斷探索攻關，以便運行維護好發供電設備，為河南電網提供優質可靠的綠色能源，更好地促進地方經濟、社會發展。

[參考文獻]

[1] 劉婉，王丹陽，鄭雪冰，等.淺談小浪底水電廠機組大軸頂部冒水[J].機電信息，2020（21）：59.

收稿日期：2020-08-25

作者簡介：李鵬（1973—），男，河南洛陽人，高級工程師，研究方向：水電廠運行管理。