小浪底电站汛期机组避沙对策研究.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023收稿日期：2022-11-23作者简介：王玲军（1989），男，江西九江人，工程师，主要从事水电站运行管理工作E-mail：小浪底电站汛期机组避沙对策研究王玲军，郭万欣，崔旭东（黄河水利水电开发集团有限公司，河南 济源 459017）摘要：小浪底电站浑水发电过程中出现主轴密封磨损破坏、顶盖泥沙淤积、大轴补气管冒水等异常，为保证机组的运行安全，在综合分析泥沙变化规律和运行经验的基础上，在过机含沙量持续大于20 kg/m3或库水位低于215 m时，实施机组停机避沙，并采取排空压力钢管、全关尾水防淤闸等应对措施，有效避免机组因过流部件严重磨损而被迫停运检修，为后汛期含沙量降低后机组快速恢复发电奠定基础。关键词：浑水发电；过机含沙量；流道淤积；过流部件磨损；停机避沙；尾水防淤闸中图分类号：TV732；TV882.1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.072随着黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家战略，作为黄河干流关键控制性工程的小浪底水利枢纽将起到重要作用1-2。为减缓水库淤积，延长水库寿命，充分发挥水资源配置功能，增强后续动力，2018年黄河水调部门首次采用“一高一低”调度策略3-4。经过多年的出库排沙，水库淤积得到有效缓解，但汛期低水位、高含沙给机组运行带来不利影响，机组出现流道淤积、过流部件磨损、大轴补气管冒水5-7等异常，机组被迫停运检修。为此，综合分析近些年采取的机组停机避沙对策以及实施过程中发现的问题，在原有措施的基础上对停机避沙策略进行优化，经过2022年汛期的实践检验，发现机组未出现以往发生的异常情况。1调水调沙期间机组出现的异常小浪底工程自2018年至2020年连续3 a泄洪排沙运用，其中 2020 年库水位最低降至 205.1 m，实测过机含沙量最高达83.6 kg/m3，由于对泥沙运动规律的研究处在持续探索的阶段，因此当机组过机含沙量超过允许值后，虽果断采取停机避沙，并定期空转冲淤、顶盖冲洗，但因停机避沙时机选择、停机后的避沙措施等方面的因素，机组仍出现导叶套筒漏水、顶盖泥沙淤积等异常现象，严重威胁机组安全。2原因分析自2018年小浪底水利枢纽首次泄洪排沙运用以来，小浪底电站根据机组实际运行情况不断总结“低水位、高含沙、大流量、长历时”条件下的发供电设备运行经验，优化停机避沙策略，从近几年机组运行实践来看取得了较好效果，但每年出现的新问题暴露出对泥沙淤积规律还没有完全掌握，需要从泥沙监测、停机避沙原则、避沙措施等多方面开展深入分析，不断总结经验，深化泥沙对机组影响机理的认识，确保机组安全稳定运行。2.1过机含沙量监测的时效性2018年至2020年小浪底电站过机含沙量主要采用人工观测，测量人员先在尾闸室人工取样，再将样本送至实验室经过计算得到过机含沙量数值，单一样本测量时间约12 h，该方法获取数据历时长、过程烦琐、劳动强度大、时效性差，电站运行人员难以根据泥沙含量准确判断停机避沙的时机，为此2021年汛前机组尾闸室安装含沙量在线监测设备，测量结果从过去十几个小时缩短至5 min，经过实际应用证明，在水流条件稳定的情况下，自动化测值与人工观测值基本一致，有效解决了泥沙实时监测的难题。2.2停机避沙原则的准确性对泥沙特性和规律认识不足，同时泥沙运动复杂多变，具有随机性，难以准确把握停机避沙时机，为保证高含沙水流过程中机组的安全，难以兼顾发电效益。由表1可知，2019年最大过机含沙量为43.9 kg/m3，比2018年和2020年低，过机含沙量超过40 kg/m3仅1 d，但主轴密封磨损情况严重，先后有4台机组出现主轴密封漏水量大被迫停机检修的情况，经检查发现机组主轴密封均有不同程度磨损，盘根均出现局部磨损、裂纹甚至断裂现象，支持环组合面张口处磨损严重，威胁机组的运行安全，因此，过机含沙量允许值需要重新进行核定。由表2可知，2018年至2021年汛期连续低水位运行，2020年库水位历史最低，为205.10 m，2019年泄洪排沙期间机组参与孔洞调度，在低水位工况下运行时间较长，其中210211 m水位运行时间为7 d，在低水位工况下，机组各部振动、摆度均会大幅增加，尾水压力脉动等也会增大，对转轮叶片、过流部件等都会造成严重影响。由表3可知，2018年允许的最大过机含沙量为100 kg/m3，2021年为60 kg/m3，2019年过机含沙量低于20 kg/m3，主轴密封磨损严重，为此2020年对停机避沙原则进行了优化，机组过机含沙量达到10 kg/m3后，停2台，进一步扩大了停机避沙的范围，同时停机避沙原则变化性比较大，实际运用时发现含沙量突然增大，但持续时间很短，若采取机组全停，一方面人员频繁操作风险大，另一方面含沙量降低后机组恢复并网时间较长，严重影响发电效益。2.3停机避沙后应对措施的完备性从实际运行情况来看，2018年以来机组虽然根据停机避沙原则采取停机落进口门的措施，但机组仍然出现尾水进人门压力升高、大轴补气管冒水等情况，一方面原因是尾水防淤闸自安装以来，未进行过启闭运用，排沙洞出口高含沙水流通过尾水渠进入机组尾水管加剧泥沙淤积速度；另一方面机组进口压力钢管高压水通过导水机构缝隙进入尾水管，出现大轴补气管冒水等问题。因此，机组停机后应采取完备的避沙措施，减小泥沙对流道淤积的影响。3优化停机避沙对策3.1停机避沙原则经过分析论证，机组过机含沙量在10 kg/m3以上、20 kg/m3以年份过机含沙量/（kg m-3）201872.85201943.9202083.6202141.5表1不同年份最大过机含沙量年份最低库水位/m2018211.732019209.482020205.102021214.43表2不同年份最低运用水位 140人 民 黄 河2023年S1（上接第139页）石混凝土填补。3结语在水库建设过程中，高边坡框格梁的施工质量好坏关系到坝肩边坡的稳定性，严重影响主体工程的施工进度。中河水库左坝肩框格梁施工面临重难点问题分析，可为后续类似工程的施工提供理论指导。针对框格梁外观质量缺陷采取了不同的处理措施，以符合外观质量标准要求，具有良好的工程应用价值。参考文献：1 李兴朝，苗延强，董泉林.不良地质条件下高边坡开挖支护技术应用与研究 J.水利水电技术（中英文），2021，52（增刊2）：223-226.2 刘云虎，李雨腾.建筑工程现浇混凝土结构外观质量缺陷原因与控制 J.品牌与标准化，2022（5）:81-83.【责任编辑吕艳梅】下时，机组可以正常运行，当机组过机含沙量大于40 kg/m3时，机组主轴密封磨损严重。2020年首次安装新式主轴密封的2号机组在过机含沙量79 kg/m3情况下连续运行7 d保持完好；其他部分机组短时过机含沙量达到4050 kg/m3。2021年机组过机含沙量在1020 kg/m3之间累计运行10 d左右，检查主轴密封未有明显磨损。在综合主轴密封磨损、顶盖淤堵、尾水管淤积后，停机避沙原则从过去的最高80 kg/m3修改为持续大于20 kg/m3过机含沙量判定，水库水位较低时，机组振动偏大，有较大的安全风险，经过分析研判，增加库水位约束条件，最终确定停机避沙原则为过机含沙量持续大于20 kg/m3或库水位低于215 m。3.2应对措施为避免机组停机后流道出现严重泥沙淤积问题，停运机组采取全关机组进口快速闸门，排空压力钢管，全开筒阀，导叶保持5%开度，并投入空气围带，全关机组尾水防淤闸等措施，并实时监视机组尾水含沙量和尾水进人门压力上升情况，有效解决了机组因长时间停机流道泥沙淤积板结等严重后果。4实际效果2022年调水调沙期间，小浪底电站按照既定的停机避沙策略，及时采取停机避沙措施，汛期结束后检查发现机组主轴密封浮动环运行正常，没有出现往年因泥沙造成的严重磨损、大轴补气管冒水等异常问题，有力保证了发供电设备运行安全。从表4可知，调水调沙期间多次测量机组浮动环高度变化值，检查发现浮动环高度值均在正常范围内，机组浮动环平均磨损量（负值为磨损）为：1号机+0.195 mm、2号机-0.925 mm、3号机-0.048 mm、4号机-0.118 mm、6号机+0.115 mm，可以看出1号、3号、4号、6号机在测量误差范围内无磨损，2号机磨损不到1 mm，顶盖内死角处仅有局部淤积，主轴密封各部件无异常。表320182021年停机避沙原则年份停机避沙原则201820 kg/m3时停运2台40 kg/m3时停运4台100 kg/m3时全停201920 kg/m3时停2台40 kg/m3时停4台80 kg/m3时全停202010 kg/m3时停运2台20 kg/m3时停运4台40 kg/m3时全停202110 kg/m3时停运2台20 kg/m3时停运4台40 kg/m3时停运5台60 kg/m3时全停机组编号1号2号3号4号6号+X+0.3-0.8-0.28-0.1-0.3+X、+Y夹角+0.14-0.6-0.2-0.06-0.06+Y0-2.3+0.1-0.2-0.2+Y、-X夹角+0.24-1-0.1-0.1+0.7-X+0.12-0.9-0.1-0.1+0.8-X、-Y夹角+0.3-0.8-0.1-0.02+0.2-Y+0.1-0.1+0.3-0.16+0.2-Y、+X夹角+0.36-0.90-0.2-0.1表4机组主轴密封磨损情况mm5结论（1）通过过机含沙量和库水位综合判断停机避沙时机，同时采取排空压力钢管，保持导叶小开度，全关尾水防淤闸等措施，保证了机组设备安全，也避免了后汛期“有清水、无机组”的情况，为汛期机组运行方式优化积累一定经验。（2）近两年按照优化后的停机避沙原则，主动停机避沙，虽有效避免了机组出现过流部件严重磨损停运检修的被动情况，但出现迎峰度夏期间机组长时间停运无法发电的困境，保供电和停机避沙之间的矛盾更加突出。因此有必要深入研究泥沙特性及对机组影响机理，精准优化机组停机避沙策略，尽最大可能参与电网调峰。（3）结合近几年调水调沙期间机组的运行情况不难发现，主轴密封已成为严重制约机组安全运行的关键因素，虽进行了全面升级改造，仍未经历高含沙水流下长时间运行的考验，因此，仍需深入研究不同负荷、不同过机含沙量下的主轴密封泵运行规律，拓宽浑水发电的运行区间，在保证机组安全的基础上，提高水能利用率。参考文献：1 魏向阳，杨会颖，赵咸榕，等.黄河“一高一低”水库调度实践与思考 J.中国水利，2021（9）：3-6.2 刘法贵，周苗苗.黄河小浪底花园口段泥沙沿程淤积与溯源淤积模型仿真分析 J .华北水利水电大学学报（自然科学版），2021，42（5）：74-81.3 赵琰鑫，陈岩，王东，等.推进黄河流域生态环境保护的行动纲领：黄河流域生态环境保护规划 解读 J .环境保护，2022，50（14）：12-16.4 尤相增，焦玉峰.小浪底工程2018年高含沙水流泄洪排沙运用实践 J.人民黄河，2019，41（增刊2）：14-16.5 李锐，张凡，王全洲，等.小浪底水电站水轮机泥沙磨损研究 J.人民黄河，2010，32（12）：237-239.6 张磊，陈小明，吴燕明，等.水轮机过流部件抗磨蚀涂层技术研究进展 J.材料导报，2017，31（17）：75-83.7 李鹏，黄维华，韩宏斌.小浪底水电厂发电机顶部出水原因及应对措施 J.人民黄河，2021，43（增刊1）：241-242.【责任编辑张帅】141