四川华能康定水电有限责任公司 胡正建 余 斐

有压引水式电站正常运行时隧洞内承受较高的水压，隧洞地质结构复杂多变，存在水头高、水量多、山体渗漏水多等特点，往往需通过混凝土灌浆、衬砌等进行加固和防渗处理，以提高引水隧洞的安全可靠性[1]。由于有压引水式电站存在隧洞长，压力高、水头高等特点，不便于将引水系统放空全停检修。因此每一次全停放空检修机会都是弥足珍贵，需前期进行充分的准备，分析、评估、计算引水系统放空操作过程中存在的安全风险，并制定各项措施、方案，以保证放空操作安全、设备检修工作有序开展[2]。

1 电站概况及放空风险分析和准备工作

1.1 电站概况

冷竹关水电站位于四川省甘孜藏族自治州泸定县境内，为大渡河支流瓦斯河梯级开发的最后一级引水式梯级电站。康定以下至河口干流段天然落差1108m，平均比降达42.3‰，多年平均流量46.2m3/s，多年平均悬移质输沙量为9.38万t，多年平均含沙量为62.7g/m3，水质较差。

冷竹关水电站属径流式电站，为低闸引水式开发，电站装机容量180MW，安装3台60MW的GE公司混流式机组，额定水头362m，设计引用流量54.9m3/s，水库正常蓄水位为1763.50m，死水位为1752.00m，可调节库容32.94万m3，压力隧洞全长6274.085m，年利用为5494小时，多年平均发电量为9.889亿kWh，电站泄洪、引水、防沙遵循“侧向取水、正向冲沙”的原则。电站由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽三大部分组成，压力管道采用一管三机的布置型式，主管长661.118m、内径3.4m，隧道末端坡度大、压力高。为检修、运行方便，设置三个支洞岔口检修进人门，作为检修通道。

冷竹关水电站三台机组球阀自2006年检修后距今已运行12年之久，近年来发现三台机组球阀不同程度出现漏水情况，且漏水趋势逐渐增大，严重影响机组大、小修等工作，急需进行大修以确保机组正常检修工作。而球阀大修必须对引水系统进行放空处理，结合本次全停同步开展了三台机组球阀大修、引水系统放空检查及清淤、清污机检查消缺、压力钢管探伤等工作。

1.2 风险分析

理论上放空流量越小对于引水隧洞来说就越安全，但放空时间会相应变长影响工期和发电、经济性较差，若放空的流量过大对站内设备和引水隧洞来说又有较大的安全隐患、安全性得不到保障。引水隧洞放空操作需在经济性和安全性之间找到一个平衡。由于冷竹关水电站没有专门的隧洞放空设施，所以采用机组空转的方式对引水隧洞进行放空操作是较为经济和安全的方式，但要注意把握停机的时机，不得超过设计最大放空流量。机组空转进行放水期间，厂用电只有外来电源和上游梯级电站的一路备用电源，厂用电薄弱，并且电能质量难以保障。

引水隧洞长期承受较高的水压，地质结构复杂，放空期间有隧洞坍塌事故风险；库区放空过程中，水位越低余水水质越差，对机组调速器、调节机构、过流部件等机电设备都会形成一定的考验；放空期间全站出力为0，削减库区水位只能采取“开闸放水”的方式，可能会对下游河道造成较严重冲刷，对沿途村落居民形成生命和财产的威胁；引水隧洞放空完毕后，隧洞内有大量山体渗漏水，大量泥沙通过山体渗漏水流向厂房，若不采取措施设法排出，不但会影响检修工作进度，还会有水淹厂房的风险。

通过一台机组空转运行排水操作时，调速器应工作在“频率”模式以维持100%额定转速，确保机组安全。由于排水过程水头会不断降低，维持机组空转的过机流量会逐渐增大，相应导叶开度会增加，调速器内部逻辑可能会限制导叶开度，导致机组转速无法维持100%额定转速，可能使机组长期在低转速运行损坏轴瓦，导叶开度被限制的同时还影响排水进度；由于人为因素，管理、监视不到位等原因，放空操作导致事故。

1.3 放空前准备工作

组织成立《冷竹关水电站全停水检修管理组织机构》，下设机电、土建、运行操作、安全监督、后勤保障等五个小组，明确各级人员职责，确保全停检修工作有序、顺利进行；根据国家电力公司成都勘测设计研究院《冷竹关水电站运行说明书》设计要求，组织分析、讨论、编制《冷竹关水电站引水系统排水充水方案》，确保放空操作安全；提前梳理全停检修期间的检修项目，编制相关检修方案，合理控制检修项目工期；提前与四川省电力公司调度中心进行沟通，办理冷竹关水电站全停水检修手续，保证检修项目按计划开工，并根据批准时间提前削减库区水位。

提前与甘孜地方调度中心进行沟通，确定全停期间地方外来电源备用情况，组织检查电站闸首及厂区供电系统设备情况、柴油储备充足，编制《冷竹关水电站全停检修期间保厂用电方案》，确保电源安全可靠；以书面形式向康定市防汛办办理放水申请手续，通知姑咱镇防汛办及下游沿途村落，做好宣传。组织对河道预警系统及闸坝下游河道进行安全隐患排查、梳理，确认无影响过水的风险；全面组织检查、调试冷竹关水电站进水口工作闸门、冲沙廊道闸门、排污闸门、冲沙闸门、泄洪闸门、厂房渗漏排水系统、机组尾水闸门、机组球阀及导叶等机电设备的操作机构完好，启闭灵活可靠，形成书面检查报告。

根据水工专业人员计算，整个引水系统约有15.5万m3的水量，放空后山体必然有大量的渗漏水，针对机组球阀检修、压力钢管探伤，结合电站尾水水位过高的实际情况，编制《冷竹关球阀大修引水隧洞渗漏排水方案》，防止全停检修期间引水隧洞内大量泥沙流入厂房集水井造成淤积。在厂房渗漏集水井内安装两台额定流量为250m3/h的临时排污泵，排除隧洞内泥沙及山体渗漏水。

安排专业人员核实调速器逻辑，确保机组在空转运行情况下导叶开度不会被限制，否则必须现地手动控制导叶维持机组转速，并安排专人24小时值守；提前编制关键数据表格，届时供值班人员定期抄录压力、水位、导叶开度等重要数据，便于监视排水进度和机组工况，分析安全隐患；在厂房内专门设置全停检修值班室，编制《冷竹关水电站全停检修项目通讯录》，确保全停检修期间通讯畅通、沟通协调及时。

2 放空过程

电站集控中心根据库区来水流量及水位情况，通过调整机组负荷逐步消落库区水位至1756.00～1757.00m区间控制，期间密切监视库区垃圾及拦污栅压差情况；当库区水位降至1755.50m以下时，向调度申请减负荷至0MW，保留一台机组运行，将其它机组解列停机。将负责引水系统排水机组解列至空转运行，集控值班人员24小时监视机组工况并记录相关数据，现场值班人员定期巡视并记录蜗壳压力、导叶开度等关键数据变化情况，判断引水系统排水进度。

启动河道预警系统，巡查下游河道情况，按照闸门操作调度流程适当增大生态环保弃水流量进行预警。当下游河道巡查人员到位后，逐步开启冲沙闸、泄洪闸，控制下泄流量大于入库流量7m3/s～10m3/s，流量下泄应尽量保持平衡，避免造成人为洪峰，水库放空时间不小于2小时；冷竹关水电站库区形成自然河道后，全开闸首1#泄洪闸、2#泄洪闸、排污闸、冲沙闸、冲沙廊道，全关进水口检修门，并做好闸门防误动措施，专人看守，确保安全。

为保证隧洞的稳定、防止隧洞坍塌，对排水流量有严格要求，只能采取一台机组空转运行进行排水，引水隧洞排水流量不得超过1.2m3/s，压力管道排水流量不得超过1.5m3/s，冷竹关水电站单机在额定水头362m下空转引用流量为1.04m3/s；在引水系统排水过程中，密切监视记录蜗壳压力变化趋势，满足排水速度要求，当水位达到对应引水隧洞检修支洞门高程时，通知基建专业人员对检修封堵头进行检查。

根据计算和实际观测结果，当机组蜗壳进口压力下降至3.33MPa时引水隧洞余水基本排空，此时计算的排水流量约为1.16m3/s，也即引水隧洞全程的最大排水流量，小于设计规范要求1.2m3/s，引水隧洞放空耗时约36小时，未发生不安全事件；当机组蜗壳进口压力小于3.33MPa时进入压力管道排水阶段，压力下降速度增快，现场人员严密监视机组各关键数据，当蜗壳进口压力下降至2.8MPa，此时导叶开度为18%，计算此时的排水流量为1.39m3/s，小于设计规范要求1.5m3/s，为稳妥起见，上位机启动1F机组自动停机流程，将1F机组停机。

待排水机组停机后，投入机组制动风闸，全开机组球阀，通过机组导叶进行排水，观察蜗壳压力变化趋势以判断排水速度，若排水速度过慢应手动适当开启机组导叶，控制排水流量不大于1.5m3/s，以使机组不转动为原则，若机组转动则停机重新按此方法执行，继续进行排水；由于冷竹关水电站尾水水位过高，比蜗壳进口压力传感器安装高程约高9m，所以当蜗壳压力降至约0.1MPa后压力不再变化，推测引水隧洞内余水基本排空，压力管道内余水与尾水水位齐平，将按照《冷竹关球阀大修引水隧洞渗漏排水方案》进行压力管道排余水工作。

落下三台机组尾水闸门，通过退出机组球阀工作密封、检修密封方式，将压力管道内余水排至机组尾水管，启动两台检修排水泵进行排水；引水系统完全排空后，在三台机组球阀进水侧布置挡水围堰，安装临时潜水泵，将引水系统山体渗漏水引至厂房渗漏集水井，再通过安装好的两台临时排污泵抽至尾水渠，确保厂房安全和检修工作有序开展；整个压力钢管段排水耗时4小时52分钟，由于1F机组在停机后出现导叶错位故障，且导叶漏水过大导致机组转动不利于排余水，中途倒换至2F机组进行排水，消耗了2小时45分钟。所以理论上整个引水系统放空操作总耗约38小时，符合设计规范要求。

3 经验总结

引水隧洞地质结构复杂、多变，放空过程中容易引起隧洞垮塌事故，应严格按照设计要求合理控制排水流量及速度，以不超过设计排水压力为准，兼顾经济性和安全性，做好监视和数据分析，把握水位、压力关键点，当水头降低无法满足机组额定转速运行时，应手动控制机组导叶以维持额定转速运行，避免机组长期于低转速运行，烧坏轴瓦；电站应结合自身实际情况判断库区淤积情况，在库区放空操作过程中建议将电站全部机组停机备用，待库区形成自然河道后再开机排引水隧洞余水。防止库区水位过低大量泥沙通过空转运行排水机组流入引水隧洞，影响机组运行安全。

末端大坡度集中落差设计的引水系统，在排水前期由于水头下降不明显，可充分利用机组调速器的自动化行为令调速器在自动模式下控制机组空转排水，其一可使控制机组空转更加可靠精确、减小人为手动控制误操作的可能性，其二可减少现场值守人员配置、节省精力，只需要做好机组工况和数据监视；提前分析压力数据关键点，便于各专业人员做好迅速响应准备，在放空进入压力钢管排水高程时（冷竹关水电站体现在蜗壳进口压力为3.33MPa，实际压力到3.35MPa时现场值班人员就进入了密切监视状态）,蜗壳压力将出现快速下降的情况，必须提前预计好停机的时机（本次停机选择蜗壳进口压力下降至2.8MPa时），不得使空转过机流量大于压力钢管排水流量1.5m3/s，不得为节约排水时间让机组继续空转，造成安全事故。

本次引水系统排空操作95%以上时间都在利用调速器自动控制机组空转排水，故对机组调速系统有很高的要求，务必在操作开始前安排机械、电气、自动化专业人员对其进行全面的检查，确保在机组空转排水过程中不发生影响排水操作的故障；本次排水操作的压力钢管段排水耗时较长，主要原因在于排水机组（1F机组）停机后发生导叶错位故障，处理完毕后，开启球阀尝试手动控制导叶进行排水，但导叶开度还为0的情况下导叶漏水就使机组发生了转动，不得不将排水机组由1F倒至2F机组，因此耽误了较多的时间。吸取本次经验，建议在选择排水机组时安排各专业人员进行充分评估，避免类似情况再次发生。

引水系统放空前期山体渗漏水量较大，且隧洞检查及清淤时水质变差，可能大量泥沙会通过山体渗漏水流入厂房造成泥沙淤积。在条件允许的电站建议采取通过引水隧洞检修支洞布置人工围堰墙的分流措施，逐级将山体渗漏水量引走，尽可能减小流入厂房的渗漏水。电站应结合自身的实际情况提前编制好排水方案，充分考虑引水、排水、排沙的临时措施，不得使用不具备排沙功能的水泵进行排沙，避免水泵运行故障导致集水井淤积，影响厂内安全和检修工作开展。

由于冷竹关水电站机组水轮机吸出高程为负值，若尾水门漏水则会影响检修工作开展，在引水系统放空过程中，就可提前落下备用机组尾水闸门进行抽水试验，核实尾水门是否漏水、便于提前处理，此方法可节省较多时间；引水系统放空后，在球阀进水侧布置人工围堰措施时，现场人员会频繁通过球阀进出压力钢管，必须做好防止球阀误动关闭的安全措施，且指定专人负责登记、批准进出人员情况，任何人员不得私自进入；充分利用上位机监控系统功能，总结放空、充水操作经验，截取放空压力、排水曲线图保存，为下一次操作提供宝贵经验。

综上，在当前日益严峻的电力形势下，无调节能力的电站全停检修工作基本安排在枯水期进行，尽可能的减少电量损失，珍惜每次全停机会，完成各项检修、消缺工作，尽可能保质保量的完成。长压力引水隧洞全停检修排水越慢理论上就越安全，但却又是不经济的，需平衡两者间的关系。回顾冷竹关水电站引水系统全停检修过程，因前期准备充分，工作组织有力，安全措施得当，在全体工作人员共同努力下，没有因管理和技术原因导致排水时间延误，提前12天完成全部工作，恢复设备运行发电，冷竹关水电站引水系统放空操作做到了安全性和经济性的最佳结合。