農村水電站攔污柵改造實踐
——減少水電站攔污柵水頭損失探討

肖國平

（祁陽縣水利局 永州市 426100）

1 電站概況

祁陽縣人民電站位于祁陽縣肖家鎮(zhèn)栗木村，為低壩徑流引水式電站，建于1975年，電站基本參數(shù)：額定水頭為21.7 m，最大水頭為22.51 m，最小水頭為18.9 m，額定流量34 m3／s，裝機容量為4×1 500 kW，設計出力保證率為82%，多年平均發(fā)電量為2 212萬kW·h。壓力管道采取單機單管，4根壓力管都帶有獨立進水閘門和攔污柵，同時壓力前池入口安裝一套攔污柵。該站引水渠長8 km，因電站集雨面積達812 km2，同時周邊聚集人口多，河道內樹枝，雜物等污物較多，污物沿引水渠進入壓力前池。導致常年攔污柵堵塞，攔污柵處水速已達1.9 m／s，柵前柵后落差達1 m以上，嚴重影響機組出力和安全運行。

2 進水口攔污柵水頭損失現(xiàn)狀及電站經濟效益影響

人民電站原有攔污柵設計在前池進口，斷面過小，此前攔污柵處正常工作狀態(tài)水速已達1.9 m／s。因為流速變快，攔污柵更易發(fā)生堵塞,當攔污柵被堵塞后，過流斷面減少，水流速度會繼續(xù)加大，造成水頭損失。

電站實際運行中4臺機組導葉全開，電站水頭從21.7 m減少到21.1 m左右，水頭損失0.6 m，洪水期甚至超過1 m以上。4臺機組都達不到額定出力（設計值為6 000 kW，只能發(fā)出5 400 kW），同時因為機組處于非優(yōu)工況區(qū)運行，振動、噪音加大，影響機組運行安全，降低機組使用壽命。更甚至因為水頭降低，流速增大，導致攔污柵被堵塞變形，曾出現(xiàn)過攔污柵倒塌報廢，造成停水停機。

根據(jù)歷年數(shù)據(jù)測算，每年因為水頭損失減少發(fā)電量達200萬kW·h，按照0.32元／kW·h電價，直接經濟損失達65萬元。攔污柵水頭損失直接影響到電站經濟效益和安全運行。

3 減少攔污柵水頭損失的措施

人民電站因為集雨面積大，河道內污物較多，大部分污物通過引水壩進入引水渠，同時原有攔污柵設計不合理，存在阻水斷面過大、原設計位置過流斷面小、流速過快導致水底污物無法清理等造成攔污柵堵塞從而形成水頭損失，電站在盡量不改變土建結構情況下，采用先攔后疏的方法（即攔住大部分污物在引水渠之外，撤銷原壓力前池進口處攔污柵，對原壓力前池進水閘前攔污柵進行改造，增加攔污柵過流斷面），重新規(guī)劃設計改良攔污柵的結構，同時配套回轉式自動清污機撈渣系統(tǒng)。

（1）在大壩引水渠進水口前方增設一道浮動攔污排。電站原來并未在大壩引水渠進水口設置攔污柵，當時主要考慮設備的維護和人工問題，現(xiàn)在大壩引水渠進水口前方增設一道由鐵鏈浮動鐵桶連接起來的攔污排，投資小，無需維護，主要作用是攔截大壩上游水流表層漂浮物不進入引水渠，使之隨洪水經滾水壩自動排至大壩下游，具體見圖1。

圖1 人民電站引水渠進口攔污排布置示意圖

（2）撤銷壓力前池進口攔污柵。通過在大壩加裝浮動攔污排，引起攔污柵水頭損失的大部分污物被攔截在引水渠之外。未攔截下的污物通過引水渠進入壓力前池，原有攔污柵安裝在壓力前池進口，直接在渠道過流道布置，上寬15 m，下寬5 m，高4 m，呈梯形結構，未設置開口緩沖，過流斷面約80 km2，按照測算，就算未有任何污物堵塞斷面，減去攔污柵本身總阻水斷面15 m2，要通過設計34個流量，流速已經達到0.5 m／s。根據(jù)攔污柵水頭損失△h（m）的開司其曼（Kirschmer）公式測算，此時攔污柵水頭損失已達0.15 m，一旦污物堵塞攔污柵，水頭損失一下子就達到1 m多，因而原壓力前池進口處設計安裝的攔污柵極不合理，決定撤銷。

（3）改造原壓力前池進水閘攔污柵，增加過流斷面和安裝全自動回轉式清污機。撤銷壓力前池進口攔污柵和壓力前池進水閘獨立攔污柵，采用在壓力前池4臺機組進水閘位置安裝全自動回轉式清污機整體攔污柵系統(tǒng)。

回轉式清污機是集攔污柵和清污機于一體的連續(xù)清污裝置。以攔污柵為基礎，通過繞柵回轉鏈條將清污齒耙驅動，實現(xiàn)攔污及清污目的?；剞D式清污機由攔污柵，回轉齒耙、驅動傳動機機構，過載保護機構和不銹鋼牽引鏈條等組成?；剞D式清污機可實現(xiàn)連續(xù)清污，全過水斷面清污，清污效果好，柵體過梁支撐于混凝土基礎之上，使清污機整體運行平穩(wěn)，工作可靠，齒耙插入柵條一定深度，把附著在柵條上的污物帶到清污機頂部，完成翻轉卸污動作，保持過水斷面清潔無污物。電機隱身于機架內部，防護效果好，實現(xiàn)無障礙清污。不銹鋼牽引鏈條保證水下工作無銹蝕，免維護。結構見圖2。

圖2 人民電站前池回轉式清污機結構圖

壓力前池進水閘位置寬25 m，高6.5 m，長方形結構，過流斷面達162.5 m2，是原有過流斷面的兩倍，同時改造后在原有橫梁工字鋼支撐不動情況下采用厚度5 mm的鍍鋅扁鋼代替圓鋼，在強度不變的情況下阻水斷面由l5 m2減少到10 m2。實際過流斷面達到152.5 m2，是原來的2倍以上，在同等過流量的情況下，改造后過柵流速為0.3 m／s，基本避免了在攔污柵位置的水頭損失。同時流速的減緩，也有利于撈渣系統(tǒng)的效率。

原有攔污柵和改造后攔污柵流速水頭損失對比見附表。

4 結 語

綜上所述，通過標本兼治，在電站大壩引水渠口附近安裝浮動攔污排，撤銷壓力前池進口攔污柵，再徹底改造壓力前池進水閘前原有攔污柵，采用全自動回轉式清污機整體攔

附表 攔污棚改造前后流速水頭損失對比

污柵系統(tǒng)，增加了攔污柵過流斷面，先攔后疏，減少攔污柵的污物堵塞，最大限度減少攔污柵的水頭損失，提高發(fā)電效益。人民電站通過一系列改造，經過試運行，機組出力在相同流量下出力增加5%，4臺機組出力從原來5 400 kW增加到5 900 kW，攔污柵改造后年增加發(fā)電量200萬kW·h，年增收65萬元，經濟效益十分明顯。人民電站對攔污柵改造減少攔污柵水頭損失，增加機組出力，提高發(fā)電效益，值得小型水電站借鑒。