龍頭石水電站機(jī)組取水口攔污問題探討

向忠義，賴真明

(1.龍頭石水電站，四川 石棉，625400;2.中電建水電開發(fā)集團(tuán)有限公司，成都，610061)

1 工程概述

龍頭石水電站壩址位于四川省石棉縣大渡河上，距下游石棉縣城約23km，距上游瀘定縣城約93km，上游與大崗山水電站銜接，下游與規(guī)劃的老鷹巖水電站銜接，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦22級(jí)方案的第15個(gè)梯級(jí)電站。壩址控制流域面積6.3萬km2，多年平均流量1020m3/s，正常蓄水位以下庫容約1.199億m3，調(diào)節(jié)庫容0.167億m3，具有日調(diào)節(jié)能力。水庫校核洪水位958.21m，設(shè)計(jì)洪水位952.97m，正常蓄水位955m，死水位952m。電站地面廠房裝設(shè)4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量180MW，額定水頭45m，最大水頭53m，最小水頭41.9m。電站以550kV電壓等級(jí)接入電力系統(tǒng)。

2 攔污浮筒形式及結(jié)構(gòu)的演變

2.1 竹筒式攔污浮筒

電站投產(chǎn)初期，在機(jī)組取水口前100m～500m處，順河流方向斜拉一根鋼絲繩(φ40mm)，繩長約400m，沿著鋼絲系了近70捆竹子(10根竹子捆成一捆)，作為攔污設(shè)施，稱之為竹筒式攔污浮筒。

2.2 鋼管式攔污浮筒

后來，為提高攔污效果和使用壽命，把竹子換成了焊接鋼管(φ300mm)和攔污柵條，35根焊接鋼管系在鋼絲繩上，每根鋼管長12m，鋼管端部用鐵板封堵，在鐵板上焊上“U”形拉環(huán)，在兩根鋼管拉環(huán)之間采用卸扣連接。在垂直水面下方把攔污柵條焊接在鋼管上，攔污柵條尺寸為12m×1m。攔污柵條材質(zhì)采用角鋼和圓形鋼條制作，稱之為鋼管式攔污浮筒。

洪水期間流量大，為滿足防洪要求，水庫要降低上游水位運(yùn)行，機(jī)組取水口前水流流態(tài)會(huì)變得很差，河水不斷翻滾，整個(gè)浮筒在水中蛇形一樣地?cái)[動(dòng)，鋼管與鋼管之間的連接也被拉斷過幾次，鋼管與鋼絲繩之間的連接也被拉斷，但φ40mm的鋼絲繩沒被拉斷。通過認(rèn)真分析，以上結(jié)構(gòu)在整個(gè)浮筒受力時(shí)最優(yōu)先受力的是鋼管與鋼管之間的連接，而鋼絲繩不是主要受力點(diǎn)。為了讓鋼絲繩(φ40mm)起到主要的受力作用，后來把鋼管與鋼管之間的卸扣連接改成了鋼絲繩(φ16mm)連接，鋼管與鋼絲繩(φ40mm)之間采用鋼絲繩(φ16mm)進(jìn)行捆綁式連接。

2.3 兩種形式及結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣

竹筒式結(jié)構(gòu)，造價(jià)低，投資小，每m投資150元左右，使用壽命短;只能攔住少量的漂浮物，大量的漂浮物在水流的作用力下從竹筒上方或下面翻過，攔漂浮物的效果太差。

鋼管式結(jié)構(gòu)，造價(jià)高，投資大，每m投資1500元左右，使用壽命長;能攔住大部分漂浮物和少量懸浮物，水庫水位較低時(shí)，水流流態(tài)很差，此時(shí)攔污效果較差。

3 攔污柵的清理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

攔污浮筒經(jīng)過幾年的運(yùn)行，起到了相當(dāng)大的作用，也出現(xiàn)過幾次問題。但總的來說，造價(jià)不算太高，減輕了機(jī)組取水口攔污柵的堵塞，減少了公司的發(fā)電損失。

但始終有一部分水中的懸浮物要流向機(jī)組取水口，堵塞攔污柵，因此攔污柵的清理是一個(gè)不可回避的工作。有的電站是把攔污柵提出水面進(jìn)行清理，有的電站采用抓斗在水下進(jìn)行清理，龍頭石水電站就采用的后者。該電站取水口水工建筑物采用的結(jié)構(gòu)形式是4臺(tái)機(jī)組共用20孔攔污柵，當(dāng)電站機(jī)組滿發(fā)時(shí)攔污柵處水流很急，在較大的水推力作用下，抓斗落不下去，此時(shí)只能清理水面上的漂浮物;當(dāng)電站滿負(fù)荷的75%時(shí)，水推力稍小，也只能清理水下5m內(nèi)的物體;當(dāng)電站滿負(fù)荷的50%時(shí)，水推力較小，仍只能清理水下15m內(nèi)的物體;當(dāng)電站滿負(fù)荷的25%時(shí)，攔污柵處基本是靜水，水推力很小，才能清理到攔污柵的底部，即水下24m。

2014年6月底，大渡河發(fā)生了20年一遇洪水，洪峰流量達(dá)5100m3/s，田灣河流域和丹巴縣相繼發(fā)生泥石流，洪水中夾雜有大量木頭、樹枝、草及生活垃圾等，使機(jī)組攔污堵塞嚴(yán)重。為了清理攔污柵，3臺(tái)機(jī)組全停，1臺(tái)機(jī)組發(fā)電，每天24h連續(xù)作業(yè)，花了近一周時(shí)間才基本清理結(jié)束，造成全站少發(fā)電幾千萬kW.h，經(jīng)濟(jì)損失上千萬元。以上現(xiàn)象龍頭水電站自投產(chǎn)發(fā)電以來出現(xiàn)過兩次，對(duì)公司經(jīng)濟(jì)效益影響較大。

如果水工建筑物采用每臺(tái)機(jī)組獨(dú)立的取水口和獨(dú)立的攔污柵，此時(shí)只需要停一臺(tái)機(jī)組，就可以把該機(jī)組的攔污柵清理干凈，只影響整個(gè)電站25%的發(fā)電量，會(huì)大大減少公司損失。同時(shí)水工建筑物結(jié)構(gòu)更簡單，投資更少。

攔污柵的結(jié)構(gòu)也值得探討，對(duì)攔污柵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，若能讓小樹枝、草及生活垃圾能夠通過攔污柵，它們相對(duì)水輪機(jī)流道尺寸來說比較小，對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)沒什么損害。而小樹枝、草及生活垃圾貼在攔污柵條上，大大減少了過水?dāng)嗝妫瑢?duì)攔污柵的堵塞較嚴(yán)重。木頭對(duì)攔污柵堵塞情況不嚴(yán)重，如果進(jìn)入水輪機(jī)流道會(huì)造成破壞。龍頭石水電站計(jì)劃對(duì)柵葉進(jìn)行改造，一方面是擴(kuò)大柵葉間距至300mm，另一方面是用鋼板制作成柵葉，柵葉側(cè)面形狀像三角形，迎水面形成斜邊，在水推力作用下小樹枝及生活垃圾等會(huì)沿著斜邊慢慢滑動(dòng)，并盡可能地通過攔污柵，這樣或許會(huì)減輕攔污柵的堵塞現(xiàn)象。

龍頭石水電站機(jī)組技術(shù)供水是從蝸殼取水，當(dāng)漂浮物進(jìn)入蝸殼內(nèi)時(shí)，可能大多數(shù)懸浮在蝸殼的中上部，極易堵塞蝸殼取水口或?yàn)V水器。因此我們把蝸殼取水口的柵條更換成了鋼板，并在鋼板上鉆了很多孔(φ20mm)，實(shí)踐證明并不影響機(jī)組的冷卻效果，同時(shí)在濾水器和取水口之間接入檢修用氣，當(dāng)取水口堵塞時(shí)就用低壓氣吹。建議蝸殼取水口應(yīng)布置在蝸殼的中下部位，這樣或許會(huì)減輕堵塞現(xiàn)象。

4 結(jié)語

針對(duì)一些水電站來說，機(jī)組取水口攔污柵堵塞是個(gè)大問題。如果堵塞嚴(yán)重，會(huì)壓壞攔污柵，機(jī)組引水流道也可能局部形成真空，對(duì)水工建筑物和水輪機(jī)組的安全運(yùn)行形成威脅，同時(shí)也會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，做好電站取水口攔污方面的工作，可以降低安全風(fēng)險(xiǎn)，也可減少經(jīng)濟(jì)損失。