0 引言

内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站（以下简称呼蓄电站）位于呼和浩特市东北部大青山区，距市区约20 km^[1]。电站安装4台单机容量为300 MW的可逆式机组。电站上水库位于大青山区料木山顶峰的东侧，主要建筑物包括挡水大坝、库盆和库底排水系统等。大坝为沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程为1943.00 m，顶宽10.0 m，最大坝高43.00 m。库盆采用沥青混凝土面板全库防渗，防渗面积为242 400 m²。在库底布置排水花管管网系统，收集面板渗水并排入库底排水兼检查廊道，通过布置于坝基下的外排廊道集中排出库外。

呼蓄电站上水库处于高纬度、高海拔的严寒地区，历史极端最高温度35.1 ℃，最低温度-41.8 ℃，温差极大。上水库采用沥青混凝土面板全库防渗技术^[2]，具有检修方便、防渗变形性能良好等特点，但沥青混凝土呈黑色，极易吸收热量，在夏季会大幅提高上水库面板运行温度，直接影响沥青混凝土面板的热稳定性，引发高温斜坡流淌，损坏防渗层。为此设置了上水库环库面板喷淋系统进行夏季喷淋冷却，冬季退出运行。但在近几年发现上水库喷淋系统取水泵电动机绝缘性能下降^[3-4]，多次出现电动机损坏问题。本文对上水库喷淋系统取水泵电动机绝缘性能下降故障进行原因分析，并提出处理措施，以保障机组的安全稳定运行。

1 上水库喷淋系统的构成及主要技术参数

呼蓄电站上水库喷淋系统主要由喷淋水池、取水泵组及加压泵组、喷淋加压系统电动阀、滤水器、排污电磁阀、环库管路、喷头等组成，在夏季高温天气上水库沥青混凝土面板温度过高时投入，以降低面板温度，防止高温造成防渗层损坏。上水库喷淋系统设有2个高程相同且距离相近的喷淋水池，2个水池底部通过管路连接在一起，单个水池有效容量为500 m³。喷淋水池底部高程1980.3 m，顶部高程1983.8 m。喷淋水池取水泵组设有3台QRJ型井用潜水泵，其中2台为取水小泵（额定功率35 kW，编号1号、2号），1台为取水大泵（额定功率40 kW，编号3号），主要技术参数见表 1，整定水位见表 2。取水泵由喷淋水池、上水库2套水位计判断启停：当喷淋水池水位低于启泵水位且下水库水位高于1918 m时，启动取水小泵；当喷淋水池水位低于启泵水位且下水库水位低于1918 m时，启动取水大泵。喷淋水池至上水库喷淋环管采用水泵加压供水方式。有监测上水库沥青混凝土面板温度的光纤控制开关，当大坝面板温度过高（＞50 ℃）需要喷淋时，则启动加压泵并开启电动阀；当大坝面板温度低于35 ℃时，停运加压泵并关闭电动阀。

2 故障过程

2015-07-15，上水库喷淋系统调试完毕正式投入运行。8月31日运行人员发现上水库喷淋系统3号取水泵柜内动力电源故障跳开，现地检查为电动机过热保护动作跳闸。复归故障后，检查3号取水泵电动机绝缘正常，直流电阻正常，二次控制回路未发现明显异常，现地启停试验正常，再次投入后系统平稳运行，相关泵体运行均正常。

2016-05-30上水库喷淋系统恢复运行时发现上水库喷淋系统2台加压泵电动机绝缘正常，2台取水小泵电动机绝缘正常，3号取水泵电动机绝缘不合格（三相绝缘值均在0.23 MΩ左右）。后经技术人员检查，确认3号取水泵电动机绝缘性能下降无法处理，整体更换3号取水泵电动机。夏季使用时相关泵体运行均正常。

2018-05-28发现上水库喷淋系统3号取水泵上级动力电源故障跳开，检查发现取水泵上级进线电源开关V、W相烧损，更换开关后恢复正常。

3 故障原因分析 3.1 上水库喷淋系统各泵体电动机绝缘测试

对比近几年来恢复上水库喷淋系统运行前各泵体电动机绝缘数据（见表 3所示）可以看出，2台喷淋系统加压泵电动机绝缘均保持正常且状态良好，3台喷淋系统取水泵电动机绝缘性能呈现逐年下降趋势，特别是2号、3号取水泵电动机绝缘已达较低状态，直接影响取水泵的正常运行。考虑上水库喷淋系统越冬时相关管路已排空，2台喷淋系统加压泵处于无水环境中，而3台喷淋系统取水泵在越冬期一直在深水中，停运时间近6个月，绝缘性能受环境影响可能出现大幅度下降情况。

3.2 水位变化对取水大泵的影响

对比1号—3号取水泵近几年绝缘变化情况，结合喷淋系统3号取水泵运行期间故障情况分析，判断3号取水泵在运行时某些阶段可能存在过流情况。根据2018年7月—8月上水库喷淋系统运行数据，喷淋系统投入运行时间集中在每日10：30—17：00，而同时期机组在11：00—15：00抽水运行，16：00—22：00发电运行。即上水库喷淋系统取水泵运行时，经常出现上水库水位大幅度变化的情况。

以7月25日情况为例进行分析。10：36，上水库面板温度上升至50 ℃，喷淋系统加压泵电磁阀启动，喷头喷水正常。至10：40喷淋水池水位低报警，当时上水库水位1916 m，自动启动3号取水泵运行。11：00 4台机组陆续开始抽水，11：40上水库水位达到1918 m，至16：50停运4台机组，上库水位已达1938 m左右。而此段时间上库喷淋系统3号取水泵一直保持运行状态。

10：40喷淋水池水位低报警启动3号取水泵时，喷淋水池水位1982 m，上库水位1916 m，此时取水泵工作扬程为66 m；至当日16：50上水库水位已达到1938 m，而喷淋水池水位尚未达到停泵水位1982.5 m，取水泵工作扬程为44.0~44.5 m，已远低于取水大泵的设计扬程运行范围且低于额定扬程的60%（一般要求水泵的实际抽水使用扬程不得低于标定扬程的60%），极易引发取水泵电动机过电流、电动机过载发热问题，严重时可烧毁电动机。正常运行时3号取水泵需7.5 h将喷淋水池的水补满，这意味着取水泵需在极低扬程下继续运行近2 h左右，极大降低取水泵电动机的使用寿命。

3.3 水位变化对取水小泵的影响

在上水库喷淋系统取水小泵运行时，也会经常出现上水库水位大幅度变化的情况。7月28日16：10上水库水位1919 m，上水库喷淋系统水位1982 m，自动启动1号取水泵，1号取水泵工作扬程63 m。至16：30 4台机组开始发电，16：50上水库水位下降至1918 m，至21：00 4台机组停运，上水库水位已降至1903 m左右，而喷淋水池水位尚未达到停泵水位1982.5 m，1号取水泵工作扬程为79.0~79.5 m，远超出额定扬程56 m。此时电动机虽然没有出现异常，但水泵本体可能会温度升高影响使用寿命，严重时会造成水泵变形或损坏。正常运行时1号取水泵需9 h左右将喷淋水池的水补满，在上述情况下1号取水泵必须在极大扬程下继续运行4 h。在实际运行过程中出现过上水库水位较低状态下取水小泵运行超过15 h未达到停泵水位，手动停运取水小泵的情况，极不利于取水小泵的稳定运行。

3.4 故障原因

通过以上分析，确定造成上水库喷淋系统取水泵电动机绝缘性能下降的主要原因是取水泵在运行过程中因上水库水位大幅度变化使其工作扬程超出其设计扬程范围，电动机过热或电动机长时间低功率运行，造成电动机绝缘性能下降^[5]。次要原因是取水泵在越冬期一直处在深水中，停运时间近6个月，受环境影响造成绝缘性能下降。

4 处理措施 4.1 增加取水泵切换逻辑

针对因上水库水位大幅度变化造成取水泵工作扬程超出其设计扬程情况，在原取水泵启停逻辑中增加一个取水泵切换逻辑，即当喷淋系统PLC检测到取水大泵运行且上库水位高于1918.5 m时，PLC发取水大泵停运命令并同时发取水小泵启动命令；当喷淋系统PLC检测到取水小泵运行且上水库水位低于1917.5 m时，PLC发取水小泵停运命令并同时发取水大泵启动命令；原取水小泵启停逻辑、取水大泵启停逻辑及2台取水小泵自动轮换逻辑保持不变，改造后的水泵启停逻辑如图 1所示。

4.2 增加取水泵空载运行管路

取水泵在越冬期长期处在深水环境，易造成电动机绝缘性能下降，因此在取水泵管路系统中增加了越冬期取水泵空载运行管路，即在3号取水泵与2号取水泵出口管路间增加了1段排往上水库闸门井的管路，管路上有1个闸阀SK232-P（见图 2所示）。在上水库喷淋系统正常运行时，该闸阀处于关闭状态，不影响上水库喷淋取水系统正常运行；在上水库喷淋系统处于越冬放空期时，将此阀门全开，同时关闭取水泵出口总隔离阀SK200，在3台取水泵运行时水从上水库闸门井抽出，经取水泵出口管路沿闸阀SK232-P及其管路排回闸门井中。通过定期启动取水泵，保持取水泵电动机绝缘水平。即在越冬期每15 d分别启动上水库喷淋系统3台取水泵各运行15 min，确保电动机绝缘正常。

5 处理效果

2019年5月恢复上水库喷淋系统运行，各泵体电动机绝缘数据见表 4所示，3台喷淋系统取水泵电动机绝缘状态明显好转，达到预期改造目标。

6 结语

通过对呼蓄电站上水库喷淋系统取水泵控制逻辑进行优化，在之后的运行过程中未再出现取水泵超设计扬程运行及长时间低功率运行情况，上水库喷淋取水系统运行良好。结合取水泵系统管路改造及越冬放空期定期启动取水泵运行等手段，呼蓄电站上水库喷淋系统取水泵电动机绝缘性能下降问题已基本解决。