黃登海，楊 東

（華能瀾滄江新能源有限公司，云南省昆明市 650214）

1 電站概況

牛欄溝水電站位于云南省橫江流域岔河至鹽津縣城段，是流域八級中的第6級電站，為河床壩后式開發(fā)，廠房布置在大壩的左側(cè)，右側(cè)為三個敞開式的泄洪沖沙孔。電站水庫正常蓄水位488.00m，相應庫容161.0萬m3，校核洪水位491.36m，對應庫容238萬m3。電站引用流量230.4m3/s，額定水頭12.3m，電站主要任務是發(fā)電。裝設2臺12.4MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為24.8MW。機組年利用小時為4560h，多年平均發(fā)電量1.14億kWh。

2 技術(shù)供水方式介紹

電站機組技術(shù)供水系統(tǒng)的主要任務為向發(fā)電機空氣冷卻器、機組軸承冷卻器及主軸密封等設備提供潤滑水。發(fā)電機空氣冷卻器冷卻水量約為100m3/h，軸承油冷卻用水量約為30m3/h，主軸密封用水量約為5m3/h。

本電站工作水頭范圍為7.14～15.22m，采用水泵供水方式，供水水源取自上游水庫，設兩個壩前取水口，經(jīng)自動濾水器后與全廠技術(shù)供水總管相連，每個取水口滿足兩臺機組冷卻水量的要求，互為備用。每臺機組設兩臺技術(shù)供水泵，從技術(shù)供水總管上取水，水泵設計流量150m3/h，設計壓力為0.3MPa，揚程為28m，功率為18.5kW，水泵一臺工作，另一臺備用，供至用戶采用雙向供水方式，冷卻水排水排至下游尾水。主軸密封供水采用高位水箱供水作為主水源，備用水源來自技術(shù)供水系統(tǒng)。

牛欄溝水電站在設計初期，考慮到關(guān)河水質(zhì)因素，為保證供水系統(tǒng)運行正常，對技術(shù)供水系統(tǒng)取水口采取防堵塞措施的設計，在取水口處設有網(wǎng)孔格柵，防止污物進入管道，引起供水管道堵塞；在取水口處設有氣壓吹掃，采用兩臺低壓空壓機提供氣源，0.8MPa、0.5m3獨立氣罐分別可對四個技術(shù)供水取水口進行吹掃。主要考慮保證機組供水清潔，在大壩取水口處采用330mm×330mm的鋼板，在鋼板上開設20mm圓周孔作為取水口的欄污。

3 前期處理措施及結(jié)果

3.1 處理措施

（1）2014年6月5日實施消防管上用DN25軟管取水，利用消防水池的高差壓力，進行2號機組取水口沖洗。沖洗后，運行技術(shù)供水系統(tǒng)，供水不足的現(xiàn)象未有改善。初步分析，DN25管徑較小，吹掃水量偏小，不足于吹開取水口堵塞物。

（2）實施消防水替代氣壓吹掃方案，并未取得預期效果后。又使用消防水池內(nèi)的水，用DN80的高壓軟管連接到2號機2號泵前取水口閥門，對2號機組2號取水口及管道進行反沖洗，進行泵至取水口連接管道反沖洗，沖洗壓力顯示約為0.2MPa。15min沖洗完成后，使用2號機1號泵配合2號機2號取水口運行抽水，水泵出口壓力顯示為0.18MPa，比沖洗前0.15MPa有所改變，但效果不明顯。

（3）6月8日，采用壓縮空氣對2號機2號取水口進行吹掃排污，保持氣罐氣壓0.4～0.76MPa，完成3次取水口吹掃。吹掃過程中觀察大壩取水口水面，有氣泡從水面冒出，水面漂浮垃圾吹開。吹掃過程中，取水口水面見圖1、圖2。經(jīng)過3次取水口吹掃后，進行2號機1號泵配合2號機2號取水口運行，壓力值到達0.24MPa，比吹掃前0.14MPa有明顯的效果。水壓保持約20s后壓力逐漸下降，效果仍然不明顯。

3.2 處理結(jié)果

（1）經(jīng)現(xiàn)場檢查，濾水器濾網(wǎng)無堵塞，壓差信號未收到報警信號，濾水器工作正常。濾水器未堵塞。

（2）現(xiàn)場人員在實施2號機組2號取水口及管道進行反沖洗過程中。拆除2號機2號水泵前閥門，觀察管路內(nèi)壁及水泵內(nèi)壁，無明顯泥沙和附著物。適當打開取水口閥門，水流呈噴射狀涌出，水質(zhì)無明顯泥沙，但流量明顯不足，見圖3。

（3）在技術(shù)供水系統(tǒng)運行中，水泵運行無異響，電機無發(fā)熱現(xiàn)象，檢查水泵泵輪，無卡阻。調(diào)節(jié)泵后閥門，壓力能正常上升。

（4）根據(jù)現(xiàn)場實施的措施及運行現(xiàn)象，技術(shù)供水取水口，應有異物堵塞，由于取水口在水面12m以下，現(xiàn)場很難進行堵塞物的判斷和清理。

由于水質(zhì)會受上游施工、氣候、水生物等因素影響，隨環(huán)境變化而變化。為滿足機組冷卻供水取水要求，電站取水口設置在最低運行水位以下，由于無法觀察到取水口堵塞狀況及堵塞物，要清理取水口堵塞物，都存在極大困難。目前，要徹底性解決取水口堵塞問題，需要降低水庫水位，能觀察到取水口堵塞狀況和堵塞物，才能針對性制定取水口改造方案。

圖1 吹掃前

圖2 吹掃后

圖3 吹掃后流量

4 供水不足原因分析

電站雖然投產(chǎn)之初便充分考慮了技術(shù)供水的防堵塞措施，但投產(chǎn)后機組技術(shù)供水一直出現(xiàn)壓力、流量不足問題，壓力甚至減少至0.07MPa，流量減少至50m3/s，嚴重影響機組安全穩(wěn)定運行，同時對機組各導軸承溫度面臨很大考驗，經(jīng)過消防水替代氣壓吹掃等一系列措施后，技術(shù)供水壓力不足的現(xiàn)象，仍然未得到明顯改善。

根據(jù)技術(shù)供水系統(tǒng)設計原理，經(jīng)過初步分析認為造成技術(shù)供水不足，可能有以下幾方面的原因 ：

（1）機組濾水器堵塞。濾水器布置在壩頂?shù)乃畽C室，安裝于機組供水總管前，可實現(xiàn)定時清污、差壓控制清污等功能，能有效地提高進入機組冷卻水管的水質(zhì)，保證管壁干凈、暢通。一旦出現(xiàn)濾網(wǎng)堵塞，會減少進水流量，致使供水壓力不足。

（2）管道壁沉積物淤積。機組技術(shù)供水泵前供水總管長20m，管徑150mm，為A3鋼材質(zhì)，由于河水水質(zhì)原因，管內(nèi)壁會有水生物和沉積物沉淀，造成管道過流面積減少，致使技術(shù)供水壓力不足。

（3）水泵故障。電站機組技術(shù)供水為單元水泵增壓的供水方式。在供水管道設有2臺水泵，根據(jù)設置的控制元件，自帶實現(xiàn)主備功能及定期輪換運行。由于水泵故障原因，水泵揚程減小，致使機組供水壓力不足。

（4）取水口堵塞。機組取水口位于1號和2號機組之間閘墩上，取水口中心位于正常運行水位下12m，并在DN200的取水管前設有DN375網(wǎng)孔攔污柵。大壩取水進口處設有DN25氣管作為吹掃。由于近期河水水質(zhì)、垃圾、污物及水生物等原因，可能會堵塞取水口。長期未對取水口進行吹掃作業(yè)和排沙，會致使取水口堵塞嚴重，過流面積減少，技術(shù)供水壓力不足。

由于初期設計過程中對牛欄溝水電站汛期水體雜質(zhì)成分了解不夠，根據(jù)6、7月堵塞問題的處理情況，及現(xiàn)場汛期水質(zhì)調(diào)查，分析認為取水口設置欄污孔較小，塑料泡沫、薄膜、一些絮狀的漂浮物由于取水時，取水口有較大的流速，產(chǎn)生吸力，把這些污物吸入取水口，堵塞20mm圓孔（見圖4和圖5），加上沒有規(guī)律的吹掃，使污物越集越多、越集越密，導致取水口過流面積過小，無法正常取水，出現(xiàn)技術(shù)供水壓力、流量不足的問題。

圖4 技術(shù)供水進水口清理前

圖5 技術(shù)供水進水口清理后

公司及電站相關(guān)管理人員針對這一問題進行了討論和分析，最終經(jīng)過逐一排查，認為供水系統(tǒng)由于漂浮物及雜質(zhì)過多，從而導致取水口及尾水管路堵塞是機組技術(shù)供水壓力及流量不足的主要原因，并提出了技術(shù)供水壓力不足的初步解決方案，即對取水口及尾水取水管道進行充分改造。

5 技術(shù)改造后及效果

5.1 5取水口攔污技改方案

從長期的運行考慮設計，了解到關(guān)河牛欄溝電站上、下游電站均采用壩前取水和壓力鋼管取水方式，電站供水方式運行正常，只是汛期會增加排污次數(shù)，結(jié)合關(guān)河上其他水電站的取水方式，我們認為對大壩取水口攔污柵進行改造處理，本次改造的設計重點為上游四個取水口，取水口高程為473.3m，現(xiàn)場制作攔污籠，尺寸400×400×400mm，10mm鋼筋焊接，5號鍍鋅角鋼邊框加固，濾孔尺寸40×40mm，M12×150連接螺栓固定于原預埋鋼板延伸面上，原攔污柵濾網(wǎng)部分切除。

為確保本方案改造后技術(shù)供水壓力問題能夠徹底解決，對改造前后的取水口過流面積、流速進行對比計算分析如下：

原取水口過流面積4.985×104mm2，流速0.78m/s，改造后取水口過流面積51.2×104mm2，流速0.076m/s。

分析對比后得出，此改造方案改造難度小、改造成本低，時間短，可以解決取水口污物堵塞導致的流量及壓力不足問題。

此方案同時也對技術(shù)供水管路進行局部改造，保留原有設計的空氣吹掃維護，再增加一套水泵自身反沖洗，詳細操作說明如下（見圖6～圖12）：

圖6 平面示意圖

圖7 固定螺栓詳圖

圖8 側(cè)面示意圖

圖9 閥門操作示意圖1

圖10 閥門操作示意圖2

機組處于停機狀態(tài)時，打開1、2、3、4、6、7、9號閥門，關(guān)閉5、8、10、11號閥門，開啟1號泵，對2號取水口進行反沖洗。打開1、2、3、4、5、8、9號閥門，關(guān)閉6、7、10、11號閥門，開啟2號泵，對1號取水口進行反沖洗。沖洗時間不少于30min。

圖11 加裝的濾網(wǎng)罩底板

圖12 改造后完成圖

機組處于運行狀態(tài)時，為保證機組冷卻水正常供給，開啟另一臺機組技術(shù)供水系統(tǒng)，主、備水泵同時工作，打開水機設備房12號閥，保證兩臺機組技術(shù)供水。

5.2 尾水側(cè)技改方案

牛欄溝水電站技術(shù)供水尾水側(cè)進水管由于供水進水口在水下，施工難度大，且機組在發(fā)電時，尾水水力震動較大，不利于攔污籠的裝設和長期運行，通過認證分析后采取以下措施（見圖13～圖16）：

圖13 正視圖

圖14 側(cè)視圖

圖15 吊點示意圖

圖16 葫蘆吊點側(cè)向示意圖

采用10鋼筋進行焊接攔污柵，寬度50cm，長度5m，孔徑30×30mm；使用2個1t葫蘆連接20鋼絲繩從上方下放至技術(shù)供水進水孔處，在攔污柵兩側(cè)底角分別裝設20鋼絲繩側(cè)向進行連接至尾水平臺后方進行緊固（見圖14）；此方案可以通過調(diào)節(jié)葫蘆使攔污柵上端上下移動，可以清洗攔污柵。

5.3 技改效果

電站經(jīng)過一系列改造后，機組壓力及流量帶來了明顯效果，壓力由原來0.05MPa提高至0.30MPa，完全滿足機組運行要求，并達到了相關(guān)設計文件要求。

具體數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 改造前壓力統(tǒng)計

表2 改造后壓力統(tǒng)計

6 后期運行注意事項

（1）為防止改造后取水口再發(fā)生堵塞，在技術(shù)供水水泵泵后壓力降至0.2MPa或每周至少兩次（無論停機狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài)）確保取水口反沖洗操作。

（2）電站運行人員應根據(jù)上游河水及污物情況，合理調(diào)整取水口的運行方式，加強取水口吹掃，增加吹掃的次數(shù)，避免污物長期沉積取水口，造成累積，嚴重堵塞取水口。

7 結(jié)束語

牛欄溝水電站技術(shù)供水壓力不足，主要原因是上游取水口攔污柵被懸浮物堵塞，供水管道不能充滿水的原因引起，在取水口增加攔污籠，減小的水流與攔污籠之間的流速能有效地改善取水口堵塞，保證技術(shù)供水水量，解決技術(shù)供水壓力不足的問題。通過對進水口及尾水側(cè)改造后，目前壓力及流量均達到了設計要求，為電站后期安全穩(wěn)定運行起到一定保障。

黃登海（1983—），男，本科，工程師，從事水電廠、風電場設備運行、維護、檢修等管理工作。E-mail：632622215@qq.com

楊 東（1972—），男，本科，工程師，從事發(fā)變電設備運行及檢修、安全監(jiān)察管理工作。E-mail：497572457@qq.com