枕头坝一级水电站技术供水系统压力异常分析与改进措施

蒋巍巍，唐义超，朱昌鑫

(国电大渡河检修安装有限公司，四川 乐山 614900)

1 概 述

1.1 电站概况

枕头坝一级水电站位于四川省乐山市金口河区，为大渡河干流水电梯级规划的第十九个梯级，上一级为深溪沟水电站，下一级为枕头坝二级水电站。枕头坝一级水电站位于大沙坝到月儿坝河段，采用两级堤坝式开发，为径流式电站，以发电为主，兼顾下游生产生活用水。在电力系统中担任调峰和负荷备用，所发电能送入四川省电网。电站装机4台立轴半伞式的轴流转浆式水轮发电机组，单机容量180 MW，总容量720 MW，水轮机型号ZZ-LH-875，额定转速83.3 r/min。

1.2 技术供水系统概况

枕头坝一级水电站水头范围为17.98～36.49 m，机组及主变的技术供水采用单元自流供水方式或单元自流加压供水方式。每台机组设蜗壳取水和坝前取水两个水源，互为备用(见图1)。一般以蜗壳取水作为主供水源，坝前取水作为备用水源。考虑到汛期水库降低水位运行，河水含沙量较大(特别是底层水)，此时可采用坝前取水为主供水源，蜗壳取水为备用水源。当技术供水水头大于25 m时，机组和主变采用自流供水方式。当技术供水水头小于25 m时，机组和主变采用水泵加压供水方式。机组技术供水系统的供水对象主要有：上导轴承油冷却器、推力轴承油冷却器、空气冷却器、下导轴承油冷却器、水导轴承油冷却器、主轴密封润滑水的备用水源、主变压器冷却器等。

蜗壳和坝前取水口都设置拦污栅，蜗壳取水口拦污栅位于机组蜗壳进口段侧壁上，坝前取水口位于大坝上。技术供水取水钢管的规格为φ426×9 mm，机组技术供水理论流量为1 021 m3/h。每台机组技术供水系统布置在主厂房的水轮机层和技术供水层，主要设备有2台DN400全自动滤水器、2台卧室离心增压泵、电动蝶阀、电动球阀、管网及检修阀门等。另外，还设有DN350及DN125电动双向供水转阀各一只，可定期切换机组或主变供水的运行方向，达到反向冲洗机组或主变供水管路和冷却器的目的。

1.3 技术供水系统存在的问题

枕头坝一级水电站为坝后式厂房，4台180 MW的轴流转桨式水轮发电机组，坝前进水口设置在枕头坝电站大坝上，处于两台机组中间位置，取水口高程为616 m。进入汛期后，从大渡河上游漂流下来大量漂浮物，造成坝前和蜗壳取水口堵塞及取水钢管内沉淀物淤积，机组技术供水总管供水不足，压力逐步降低，尤其在汛期，常出现滤水器后端压力和流量的下降，导致机组冷却水供应不足，将无法满足机组的正常供水量，从而引起机组温度升高。此现象若不及时消除，会造成机组事故跳闸与系统解列，或轴瓦烧损，同时，因满足不了机组主轴密封水水压要求，停机时易发生机组主轴密封水消失，无法及时投入机组主轴密封，造成机组顶盖来水过大，易发生水淹水导轴承等安全事故[1]，严重影响机组安全稳定运行。

图1 技术供水系统简图

停机时，对滤水器进行分解检查，清理滤水器堵塞物后，机组恢复正常运行一段时间后，又出现同样问题。检修期对取水口拦污栅检查，发现坝前和蜗壳取水口严重堵塞，拦污栅栅条部分断裂，需花费大量人力、物力对取水口拦污栅进行重新焊接和清理。

2 技术供水系统压力源异常问题分析

2.1 取水口及滤水器堵塞

枕头坝一级水电站水库中木条、塑料袋等漂浮物较多，特别是进入汛期后，上游来水量增大，漂浮物激增，聚集在坝前，容易导致坝前取水口堵塞。同时机组在低水位运时，进水口取水会有漩涡，会吸入大量漂浮物进入蜗壳内，很容易造成蜗壳取水口堵塞，从而引起滤水器前后端压差较大，严重时会造成蜗壳取水口拦污栅栅条变形或断裂而形成孔洞，一些大尺寸的木条、塑料瓶、塑料袋等就会进入管道引起机组技术供水滤器的堵塞，导致滤水器后端压力和流量的下降和不稳定，严重影响机组安全稳定运行[2]。

经过分析总结及检修期间检查，发现蜗壳和坝前取水口拦污栅设计存在缺陷：①拦污栅安装在φ426×9 mm的取水钢管内，过流面积较小，容易堵塞；②拦污栅结构为平面结构，容易被较大的垃圾袋给全部堵死；③拦污栅栅条强度不够，堵塞后容易造成变形或断裂，导致大量漂浮物进入技术供水管路内；④大量的漂浮物通过取水管道进入到滤水器中，造成滤水器堵塞，技术供水流量降低，容易造成机组轴瓦温度过高，影响机组安全稳定运行。

2.2 反吹扫效果不佳

从检修情况来看，堵塞蜗壳取水口、坝前取水口拦污栅的大多是木条、塑料瓶等硬质杂物，在开启反清扫阀门时，清扫压力较低，很难吹掉拦污栅上的这些杂物。由于受到这些杂物的影响，一些塑料垃圾缠绕在木条、栅条上，造成拦污栅阻塞[3]，使得反吹扫达不到效果，长期下来，堵塞情况就变得越发严重。

2.3 滤水器排污能力差

在打开滤水器检修人孔门进行检查时，发现滤水器内部有大量的塑料等杂质无法排出，滤水器排污、排漂效果不太理想，需要人工进行清理。

经过对滤水器结构进行分析，发现排污管路直径为DN100 mm，当滤水器在排淤过程中，杂质随水流汇集于出水口周围，当直径大于100 mm的杂质和缠绕物不能排出后，造成该排淤管堵塞，起不到排淤和放空效果[4]。

3 处理方案

3.1 取水口拦污栅改造

针对枕头坝一级水电站机组技术供水系统蜗壳和坝前取水口存在的缺陷，对机组技术供水取水口拦污栅进行了重新设计改造，将原拦污栅设计为一个半球型，并利用机组检修时机对取水口拦污栅进行更换。

半球型拦污栅的作用：当木块、塑料瓶等坚硬漂浮物跟随水流撞击拦污罩时，根据物体受力分析，有些漂浮物会在合力F(见图2)的作用下，沿着拦污栅的倾

图2 拦污栅安装示意图

斜面而离开取水口，其它的会与拦污栅发生碰撞而远离取水口。

蜗壳和坝前取水口拦污栅的外型设计需要考虑附近的流场分布情况，拦污栅进水断面与发电水流之间夹角为50°[5]。枕头坝一级水电站技术供水取水口拦污栅的几何参数是根据检修人员实际经验确定的，设计时要充分考虑到水力学因素(拦污栅具体尺寸详见图3)。改造后的拦污栅具有以下特点：

1)改善拦污栅的结构，在原来拦污栅外侧焊接一个半圆型拦污罩，这样拦污栅结构就从平面结构变为三维结构，提高了拦污栅的纳污能力和阻挡能力，有效延长了拦污栅堵塞时间。

2)增加了拦污栅栅条的强度，由原来的φ8 mm圆钢改为现在的φ10 mm圆钢，防止因堵塞而引起拦污栅的变形或断裂，使漂浮物不会轻易进入滤水器，防止滤水器堵塞。

图3 拦污栅加工图(单位：mm)

3.2 滤水器改造

对放排淤管路进行改造，首先将原管径增大至DN150 mm，将排淤口单独设置在滤水器底部，通过电动球阀控制排淤方式，增大排污效果。

3.3 清扫系统改造

可以尝试改造清扫系统气源，重新安装一套较大压力空压机，增大清扫气源压力，这样能更容易清理掉进水口拦污栅上的杂物，从而减轻拦污栅堵塞情况，保证机组技术供水系统流量和压力稳定，维持机组长期安全稳定运行。

4 结 语

2017-2018年度检修期通过对枕头坝一级水电1F-4F机组站技术供水系统蜗壳取水口的改造，进入汛期后改造过的机组未发生过技术供水系统压力源异常情况，未发生过滤水器流量的下降和不稳定情况，有效地解决了技术供水系统压力源异常问题；新结构可以更加有效阻挡漂浮物，防止其进入技术供水系统管路和滤水器。通过实际检测，改造取得了良好效果，提高了一定经济效益。该技术改造方案具有转化效果好，转化成本低，转化简单的优点，同时具有很强的实用性和良好的推广价值，可以应用于其他类似电站[6]。