無量河水電站冬季運行方式的探索和實踐

劉 均 明, 李 永 強

(四川能投電力開發有限公司，四川 成都 611130)

1 概 述

無量河水電站位于四川省甘孜藏族自治州理塘縣濯桑鄉，廠房海拔高度3 650 m，年平均氣溫3.0 ℃，極端最高氣溫25.6 ℃，最低氣溫-30.6 ℃，從11月至次年4月初日平均氣溫均處在0 ℃以下，屬典型的高海拔、氧氣稀薄、長冬季嚴寒地區電站。主要建筑由首部取水樞紐、引水明渠(長3 404.26 m)、壓力前池、壓力管道和廠區構成，設計引用流量31.5 m3/s，設計水頭21 m，裝機2×2 500 kW，設計年發電量3 435.65萬kWh，設計年利用小時數6 871 h。引水明渠為漿砌塊石渠道，壓力前池機組進水口處設有攔污柵和閘門，壓力前池離機組進水口60 m處設有溢流道。廠房由水輪機層、發電機層和中控室三層構成。發電機定子采用風冷，定子機坑與風道連接，熱風通過風道直接排到廠房外；上導軸承、推力軸承、下導軸承設有冷卻供水系統，水導軸承空氣自然冷卻；滲漏積水井設有兩臺深井排水泵，滲漏水直接排到廠房外的尾水處，深井泵前設有止回閥，防止夏天河床水位抬高時水倒流進廠房。電站2010年8月正式投產發電，作為四川省甘孜州理塘縣的骨干電源，對該縣少數民族的生產、生活用電起主要作用，對維護藏區的穩定具有重要意義。

電站投產發電以來前幾年的冬季(11月到次年的4月初)，攔污柵處不斷結冰,導致水流不能流入水輪機,冰層不斷向渠道延伸、不斷增厚，從結成冰蓋到整個渠道凍結，冰若繼續不斷膨漲會將渠道薄弱處漲垮,且要待4月晝夜氣溫均在5 ℃以上才能修復；供水冷卻系統、上導軸承、下導軸承油冷卻器的管路、閥門出現結冰爆裂而無法正常運行；廠房內集水井止回閥后管路因結冰而堵塞，使集水井內的水無法正常抽排。除冰恢復后，運行很短時間又出現同樣的問題。將廠房門窗關嚴、在發電機層和水輪機層均布置加熱器、用電加熱器烘烤管路和閥門，廠房內的溫度仍然在0 ℃以下,使管路和閥門仍然結冰而凍裂。電站長期處于停產或半停產狀態，嚴重影響當地的生產生活用電。

2 改變冬季運行方式

由于高海拔、高嚴寒地區進入冬季后環境溫度很低，氣溫均在0 ℃以下，尤其是每年1月下旬到2月中旬這段時間，氣溫均在-20 ℃以下，極端氣溫低于-30 ℃。這種氣溫環境下，除冰慢于結冰，收不到除冰的效果。由于氣溫太低，需要大量電加熱器才能把廠房內溫度升到0 ℃以上，由于廠用變壓器容量的限制，電加熱器的數量有限，靠電加熱器達不到廠房內溫度的要求。運行人員通過多年的探索，在借鑒陳容[1]、梁慧芬[2]的《中小型水電站安全運行管理經驗》和羅永全[3]的《中小型水電站運行管理提高經濟效益經驗》的基礎上，總結出無量河電站冬季運行方式，改變了冬季設備設施無法正常運行的狀況，使取水口、引水渠道、機組設備等在嚴寒的冬季依然能夠安全可靠運行，使理塘縣少數民族在嚴寒的冬季也能用上可靠的電能。

2.1 機組進水口攔污柵的運行方式

為了減少進水口攔污柵柵條對水的阻力，分別將柵條的間距從20 mm變成30 mm，從30 mm變成50 mm，從50 mm變成80 mm，從80 mm變成100 mm，試驗效果均不理想，攔污柵、壓力前池和渠道仍然會全部結冰。最后將攔污柵拆出，使水從進水口暢通地進入水機，流動的水因為沒在攔污柵處結冰，水在壓力前池和渠道表面形成的冰蓋下面流動，保持流動的水不結冰的狀態。根據多年的觀測，進入冬季，無量河最大流量約為10 m3/s，接近設計引用流量的三分之一，故將攔污柵上提2.5 m鎖定在壓力前池平臺上,保持水流的暢通。待次年氣溫穩定在0 ℃以上后解除鎖定又將攔污柵放置到正常位置,進行正常的攔污。無量河上游在冬季由于雜草、樹林干枯，各種施工基本停止，河水比較干凈，冬季取消機組進水口處的攔污柵。經過幾年的運行實踐，證明機組進水口處的攔污柵在夏秋季節安上冬春季拆除的運行方式是可行的。

2.2 定子運行方式的改變

無量河電站定子的冷卻方式是定子機坑內的熱空氣通過風道排出到廠房外,而冷空氣從水機室、下機架進入定子機坑的空冷方式進行冷卻，這種冷卻方式經過多年的運行證明是可行的，即在寒冷季節利用發電機運行中產生的熱量，把水輪發電機組本身作為一個巨型加熱器，用來加熱廠房內的冷空氣。具體操作是用絕熱材料制作擋風板，用棉花等保溫材料 將兩臺發電機排風口封閉嚴實而不向外散熱，確保發電機運行自身產生的熱量加熱定子機坑、水機層及發電機層，提高廠房內的溫度。定子通風道封堵示意見圖1。

圖1 定子通風道封堵示意圖

這種運行方式可以使廠房水機層、發電機層內的溫度保持在3 ℃～5 ℃，確保了廠房內的管路、閥門等設備不致結冰而凍裂，機組可以安全可靠運行。同時，取消了廠房水機層和發電機層內的電加熱器，節約了廠用電量。待環境溫度持續保持在5 ℃以上后，將擋風板和保溫材料撤出，恢復正常的空氣冷卻方式。

2.3 滲漏排水系統冬季運行方式

電站所有滲漏水均流到滲漏集水井內由深井泵排到廠房外。汛期為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裝上止回閥,止回閥內裝有閥板,閥板順著排水的方向打開，逆著排水的方向關閉，滲漏積水井的水位升到設定的高度時，水泵自動抽水，水位降到設定的高度時，自動停止。在冬季氣溫十分低時，水泵停止工作，管內的積水與閥板同時結冰，導致不能正常排水。由于冬季河床水位本身極低，不會出現水倒灌的情況，故將止回閥閥板取出。閥板取出后，水泵停止運行，管道內的積水立即自動流回積水井內，管內無水，也就無冰可結，使水泵能夠順利進行抽水工作。待氣溫持續到5 ℃以上后，將止回閥的閥板重新回裝到位。

2.4 停電時的運行方式

前些年,由于地理位置、地理條件的限制，處于孤網運行的供電網絡十分脆弱，在寒冷的冬季，因冰雪災害經常引發解網跳閘事故。在這種情況下,無量河電站又不能停機，必須保持發電機處于運行狀態，才能使機組不間斷地為廠房加熱，保證引水道的水不斷地流動，達到對設備設施加熱保溫的目的。

2.5 壓力前池溢流口的運行

在持續低溫環境下,引水明渠和壓力前池表面必然結冰并形成冰蓋,水在冰蓋下流動。在脆弱的電網特別是孤網運行的電站，機組跳閘甩負荷的事故時有發生。機組甩負荷后，壓力前池內的水能否順利溢出至關重要，若不能順利溢出就可能漲垮渠道。無量河電站投產運行的前幾年，渠道每年至少有一處被漲垮。原因是壓力前池的溢流口結出很厚的冰，機組甩負荷時水不能從溢流道正常排出，設計為無壓引水變成了有壓引水，渠道薄弱處被擠壓垮塌。在參考吳建良[4]《高嚴寒高海拔地區水電站引水渠道設計經驗》基礎上，采取了強有力措施將壓力前池溢流道口的冰除去，確保溢流道口水流暢通。同時，電站運行值班人員通過監控視頻觀察引水渠道的來水及結冰變化情況，通過調整機組負荷，將溢流道口扎下來的冰塊從溢流口沖走，確保溢流口溢水暢通。經過幾年的實踐證明，這種方法行之有效。

2.6 機組檢修的安排

根據上游的來水情況，參考陳造奎[5]《水力機組檢修安排思路》，該電站冬季必須有一臺機組發電，以滿足理塘縣少數民族居民生活用電和自身防凍保溫的需求。由于每年十月下旬來水量只能一臺機滿發，另一臺機組就要作為冬季運行機組進行檢修，而且必須在十一月上旬完成檢修任務。若需大修的機組則安排在次年5月到6月間進行。待擬作為冬季運行機組完成檢修并啟動運行后，另一臺機組停機，關閉其對應前池的進水閘門，利用蝸殼排水閥將蝸殼和壓力管道的積水排空，同時，利用電站低壓空壓機的壓縮空氣，將停運機組上導、下導冷卻器及管路和閥門的積水排空，防止結冰。不僅如此，還需將廠房內和大壩的柴油發電機冷卻水放空，需要啟動時再加冷卻水。

3 取得的效果

通過對無量河水電站冬季運行維護的探索和實踐，形成高海拔、高嚴寒水電站機組冬季運行的獨特方式，且方法簡單，效果良好。在長達5個月之久的高海拔冬季期間，無量河電站成功實現了每天24小時不間斷發電目標，幾年未發生因冰凍災害而導致停機的現象。投產發電10年來，每年從11月初到次年4月初，冬季電站發電時間及發電量見表1。

表1 冬季電站發電時間及發電量

4 結 語

無量河電站地處高海拔、高寒地區，冬季氣溫低且持續時間長，如何解決引水道凍結對發電的影響，對廠房內的設備設施(特別是供水系統和排水系統的設備設施)防凍保溫，在電網跳閘機組甩負荷情況下，如何保持壓力前池的水能正常溢流成了重要的研究課題。經過幾年的探索和實踐，改變了原有的運行方式，成功地解決了這些問題。同時，不斷加強運營管理和對職工的教育培訓，設備設施的安全可靠性不斷提高。近幾年電站實現了按上游來水持續不間斷發電，極大限度提高了機組利用小時數，保障了當地居民冬季生產、生活用電，緩解了當地電網供電的緊張局面，為促進高原藏區經濟發展和社會穩定發揮了重要的作用。