牛栏沟水电站机组技术供水不足分析及解决措施

黄登海，杨 东

（华能澜沧江新能源有限公司，云南省昆明市 650214）

1 电站概况

牛栏沟水电站位于云南省横江流域岔河至盐津县城段，是流域八级中的第6级电站，为河床坝后式开发，厂房布置在大坝的左侧，右侧为三个敞开式的泄洪冲沙孔。电站水库正常蓄水位488.00m，相应库容161.0万m3，校核洪水位491.36m，对应库容238万m3。电站引用流量230.4m3/s，额定水头12.3m，电站主要任务是发电。装设2台12.4MW的灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量为24.8MW。机组年利用小时为4560h，多年平均发电量1.14亿kWh。

2 技术供水方式介绍

电站机组技术供水系统的主要任务为向发电机空气冷却器、机组轴承冷却器及主轴密封等设备提供润滑水。发电机空气冷却器冷却水量约为100m3/h，轴承油冷却用水量约为30m3/h，主轴密封用水量约为5m3/h。

本电站工作水头范围为7.14～15.22m，采用水泵供水方式，供水水源取自上游水库，设两个坝前取水口，经自动滤水器后与全厂技术供水总管相连，每个取水口满足两台机组冷却水量的要求，互为备用。每台机组设两台技术供水泵，从技术供水总管上取水，水泵设计流量150m3/h，设计压力为0.3MPa，扬程为28m，功率为18.5kW，水泵一台工作，另一台备用，供至用户采用双向供水方式，冷却水排水排至下游尾水。主轴密封供水采用高位水箱供水作为主水源，备用水源来自技术供水系统。

牛栏沟水电站在设计初期，考虑到关河水质因素，为保证供水系统运行正常，对技术供水系统取水口采取防堵塞措施的设计，在取水口处设有网孔格栅，防止污物进入管道，引起供水管道堵塞；在取水口处设有气压吹扫，采用两台低压空压机提供气源，0.8MPa、0.5m³独立气罐分别可对四个技术供水取水口进行吹扫。主要考虑保证机组供水清洁，在大坝取水口处采用330mm×330mm的钢板，在钢板上开设20mm圆周孔作为取水口的栏污。

3 前期处理措施及结果

3.1 处理措施

（1）2014年6月5日实施消防管上用DN25软管取水，利用消防水池的高差压力，进行2号机组取水口冲洗。冲洗后，运行技术供水系统，供水不足的现象未有改善。初步分析，DN25管径较小，吹扫水量偏小，不足于吹开取水口堵塞物。

（2）实施消防水替代气压吹扫方案，并未取得预期效果后。又使用消防水池内的水，用DN80的高压软管连接到2号机2号泵前取水口阀门，对2号机组2号取水口及管道进行反冲洗，进行泵至取水口连接管道反冲洗，冲洗压力显示约为0.2MPa。15min冲洗完成后，使用2号机1号泵配合2号机2号取水口运行抽水，水泵出口压力显示为0.18MPa，比冲洗前0.15MPa有所改变，但效果不明显。

（3）6月8日，采用压缩空气对2号机2号取水口进行吹扫排污，保持气罐气压0.4～0.76MPa，完成3次取水口吹扫。吹扫过程中观察大坝取水口水面，有气泡从水面冒出，水面漂浮垃圾吹开。吹扫过程中，取水口水面见图1、图2。经过3次取水口吹扫后，进行2号机1号泵配合2号机2号取水口运行，压力值到达0.24MPa，比吹扫前0.14MPa有明显的效果。水压保持约20s后压力逐渐下降，效果仍然不明显。

3.2 处理结果

（1）经现场检查，滤水器滤网无堵塞，压差信号未收到报警信号，滤水器工作正常。滤水器未堵塞。

（2）现场人员在实施2号机组2号取水口及管道进行反冲洗过程中。拆除2号机2号水泵前阀门，观察管路内壁及水泵内壁，无明显泥沙和附着物。适当打开取水口阀门，水流呈喷射状涌出，水质无明显泥沙，但流量明显不足，见图3。

（3）在技术供水系统运行中，水泵运行无异响，电机无发热现象，检查水泵泵轮，无卡阻。调节泵后阀门，压力能正常上升。

（4）根据现场实施的措施及运行现象，技术供水取水口，应有异物堵塞，由于取水口在水面12m以下，现场很难进行堵塞物的判断和清理。

由于水质会受上游施工、气候、水生物等因素影响，随环境变化而变化。为满足机组冷却供水取水要求，电站取水口设置在最低运行水位以下，由于无法观察到取水口堵塞状况及堵塞物，要清理取水口堵塞物，都存在极大困难。目前，要彻底性解决取水口堵塞问题，需要降低水库水位，能观察到取水口堵塞状况和堵塞物，才能针对性制定取水口改造方案。

图1 吹扫前

图2 吹扫后

图3 吹扫后流量

4 供水不足原因分析

电站虽然投产之初便充分考虑了技术供水的防堵塞措施，但投产后机组技术供水一直出现压力、流量不足问题，压力甚至减少至0.07MPa，流量减少至50m3/s，严重影响机组安全稳定运行，同时对机组各导轴承温度面临很大考验，经过消防水替代气压吹扫等一系列措施后，技术供水压力不足的现象，仍然未得到明显改善。

根据技术供水系统设计原理，经过初步分析认为造成技术供水不足，可能有以下几方面的原因 ：

（1）机组滤水器堵塞。滤水器布置在坝顶的水机室，安装于机组供水总管前，可实现定时清污、差压控制清污等功能，能有效地提高进入机组冷却水管的水质，保证管壁干净、畅通。一旦出现滤网堵塞，会减少进水流量，致使供水压力不足。

（2）管道壁沉积物淤积。机组技术供水泵前供水总管长20m，管径150mm，为A3钢材质，由于河水水质原因，管内壁会有水生物和沉积物沉淀，造成管道过流面积减少，致使技术供水压力不足。

（3）水泵故障。电站机组技术供水为单元水泵增压的供水方式。在供水管道设有2台水泵，根据设置的控制元件，自带实现主备功能及定期轮换运行。由于水泵故障原因，水泵扬程减小，致使机组供水压力不足。

（4）取水口堵塞。机组取水口位于1号和2号机组之间闸墩上，取水口中心位于正常运行水位下12m，并在DN200的取水管前设有DN375网孔拦污栅。大坝取水进口处设有DN25气管作为吹扫。由于近期河水水质、垃圾、污物及水生物等原因，可能会堵塞取水口。长期未对取水口进行吹扫作业和排沙，会致使取水口堵塞严重，过流面积减少，技术供水压力不足。

由于初期设计过程中对牛栏沟水电站汛期水体杂质成分了解不够，根据6、7月堵塞问题的处理情况，及现场汛期水质调查，分析认为取水口设置栏污孔较小，塑料泡沫、薄膜、一些絮状的漂浮物由于取水时，取水口有较大的流速，产生吸力，把这些污物吸入取水口，堵塞20mm圆孔（见图4和图5），加上没有规律的吹扫，使污物越集越多、越集越密，导致取水口过流面积过小，无法正常取水，出现技术供水压力、流量不足的问题。

图4 技术供水进水口清理前

图5 技术供水进水口清理后

公司及电站相关管理人员针对这一问题进行了讨论和分析，最终经过逐一排查，认为供水系统由于漂浮物及杂质过多，从而导致取水口及尾水管路堵塞是机组技术供水压力及流量不足的主要原因，并提出了技术供水压力不足的初步解决方案，即对取水口及尾水取水管道进行充分改造。

5 技术改造后及效果

5.1 5取水口拦污技改方案

从长期的运行考虑设计，了解到关河牛栏沟电站上、下游电站均采用坝前取水和压力钢管取水方式，电站供水方式运行正常，只是汛期会增加排污次数，结合关河上其他水电站的取水方式，我们认为对大坝取水口拦污栅进行改造处理，本次改造的设计重点为上游四个取水口，取水口高程为473.3m，现场制作拦污笼，尺寸400×400×400mm，10mm钢筋焊接，5号镀锌角钢边框加固，滤孔尺寸40×40mm，M12×150连接螺栓固定于原预埋钢板延伸面上，原拦污栅滤网部分切除。

为确保本方案改造后技术供水压力问题能够彻底解决，对改造前后的取水口过流面积、流速进行对比计算分析如下：

原取水口过流面积4.985×104mm2，流速0.78m/s，改造后取水口过流面积51.2×104mm2，流速0.076m/s。

分析对比后得出，此改造方案改造难度小、改造成本低，时间短，可以解决取水口污物堵塞导致的流量及压力不足问题。

此方案同时也对技术供水管路进行局部改造，保留原有设计的空气吹扫维护，再增加一套水泵自身反冲洗，详细操作说明如下（见图6～图12）：

图6 平面示意图

图7 固定螺栓详图

图8 侧面示意图

图9 阀门操作示意图1

图10 阀门操作示意图2

机组处于停机状态时，打开1、2、3、4、6、7、9号阀门，关闭5、8、10、11号阀门，开启1号泵，对2号取水口进行反冲洗。打开1、2、3、4、5、8、9号阀门，关闭6、7、10、11号阀门，开启2号泵，对1号取水口进行反冲洗。冲洗时间不少于30min。

图11 加装的滤网罩底板

图12 改造后完成图

机组处于运行状态时，为保证机组冷却水正常供给，开启另一台机组技术供水系统，主、备水泵同时工作，打开水机设备房12号阀，保证两台机组技术供水。

5.2 尾水侧技改方案

牛栏沟水电站技术供水尾水侧进水管由于供水进水口在水下，施工难度大，且机组在发电时，尾水水力震动较大，不利于拦污笼的装设和长期运行，通过认证分析后采取以下措施（见图13～图16）：

图13 正视图

图14 侧视图

图15 吊点示意图

图16 葫芦吊点侧向示意图

采用10钢筋进行焊接拦污栅，宽度50cm，长度5m，孔径30×30mm；使用2个1t葫芦连接20钢丝绳从上方下放至技术供水进水孔处，在拦污栅两侧底角分别装设20钢丝绳侧向进行连接至尾水平台后方进行紧固（见图14）；此方案可以通过调节葫芦使拦污栅上端上下移动，可以清洗拦污栅。

5.3 技改效果

电站经过一系列改造后，机组压力及流量带来了明显效果，压力由原来0.05MPa提高至0.30MPa，完全满足机组运行要求，并达到了相关设计文件要求。

具体数据如表1和表2所示。

表1 改造前压力统计

表2 改造后压力统计

6 后期运行注意事项

（1）为防止改造后取水口再发生堵塞，在技术供水水泵泵后压力降至0.2MPa或每周至少两次（无论停机状态或发电状态）确保取水口反冲洗操作。

（2）电站运行人员应根据上游河水及污物情况，合理调整取水口的运行方式，加强取水口吹扫，增加吹扫的次数，避免污物长期沉积取水口，造成累积，严重堵塞取水口。

7 结束语

牛栏沟水电站技术供水压力不足，主要原因是上游取水口拦污栅被悬浮物堵塞，供水管道不能充满水的原因引起，在取水口增加拦污笼，减小的水流与拦污笼之间的流速能有效地改善取水口堵塞，保证技术供水水量，解决技术供水压力不足的问题。通过对进水口及尾水侧改造后，目前压力及流量均达到了设计要求，为电站后期安全稳定运行起到一定保障。

黄登海（1983—），男，本科，工程师，从事水电厂、风电场设备运行、维护、检修等管理工作。E-mail：632622215@qq.com

杨 东（1972—），男，本科，工程师，从事发变电设备运行及检修、安全监察管理工作。E-mail：497572457@qq.com