低水頭大流量電站攔污柵的實(shí)用設(shè)計(jì)

滕少華

(懷化市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南■懷化■418000)

1　概　述

攔污柵一般設(shè)置在水電站的進(jìn)水口處，用以攔阻可能進(jìn)入引水道內(nèi)的雜物，如樹(shù)枝、雜木、水草及浮冰等，以保護(hù)水輪機(jī)、閘門(mén)、閥及管道等設(shè)備的正常運(yùn)行。攔污柵的布置對(duì)水電站的安全運(yùn)行非常重要，必須對(duì)河流中所夾帶的雜物性質(zhì)、數(shù)量及其清理方法等進(jìn)行全面考慮。如果布置不當(dāng)則會(huì)在經(jīng)濟(jì)上及運(yùn)行管理上造成很大的損失和不便。

攔污柵的設(shè)置常需考慮下列因素：一是進(jìn)水口的型式、位置及其在水下的深度。二是管道的引用流量及允許過(guò)柵流速。三是水輪機(jī)、閘門(mén)、閥的類(lèi)型及其有關(guān)尺寸。四是雜物的性質(zhì)、數(shù)量。五是清理的措施和對(duì)雜物的處理方式。

攔污柵設(shè)在進(jìn)水口的首部，位于檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)的上游，一般設(shè)置1道攔污柵，但在某些雜物較多而又不便于設(shè)置機(jī)械清理的深式或淺式進(jìn)水口，可以設(shè)置兩道，以便于輪換提出水面清除雜物。攔污柵一般采取一柵一槽并與閘門(mén)分別設(shè)置，但也有的進(jìn)水口為縮短其長(zhǎng)度而將攔污柵和檢修閘門(mén)共用一槽的；在正常運(yùn)行時(shí)在槽內(nèi)放置攔污柵，電站設(shè)備需要檢修時(shí)將攔污柵提出門(mén)槽后放置檢修閘門(mén)。這種布置縮短了進(jìn)水口的長(zhǎng)度，節(jié)省了1道柵槽，但也增大了檢修閘門(mén)的尺寸，運(yùn)行不夠方便。

防止攔污柵堵塞目前采用的措施有攔、清、排等方法。

攔污柵本身是“攔”，將雜物攔在柵上。在雜物多時(shí)，還可考慮設(shè)攔污排、浮筒于攔污柵前，以減少在柵條上的雜物量。

清的方式一般分為人工清除、機(jī)械清除和提柵清除。人工清除使用齒耙清除和潛水員。齒耙清除柵前水深一般不超過(guò)4 m，雜物數(shù)量較少。當(dāng)深式進(jìn)水口攔污柵發(fā)生堵塞事故時(shí)，則用潛水人員下水清除，但此種方法一般不用。機(jī)械清除目前常用的清理機(jī)械有耙斗式、懸吊式、回轉(zhuǎn)式及抓斗式等。當(dāng)電站進(jìn)水口設(shè)置清污機(jī)有困難時(shí)，可在進(jìn)水口輪流提起攔污柵至平臺(tái)上進(jìn)行清除，起吊設(shè)備可與檢修閘門(mén)的移動(dòng)臺(tái)車(chē)共用。

排是充分利用樞紐泄水建筑物閘門(mén)經(jīng)常向下游泄水的條件，從布置上解決使污物不易貼附到攔污柵上而自動(dòng)排到下游的工程措施。為了減輕對(duì)進(jìn)口攔污柵的壓力，一般在離進(jìn)水口幾十甚至上百米之外加設(shè)1道粗柵或攔污漂排，攔截粗大的漂浮物，并將其引向溢流壩。溢流壩靠廠(chǎng)房進(jìn)水口側(cè)閘門(mén)頂部設(shè)置1扇液壓控制舌瓣門(mén)，將漂浮物沖至下游。為了使漂浮物在水力作用下能較順利的排至下游，應(yīng)使攔污排相對(duì)于水流方向有一定的偏斜角，角度一般不大于30°。目前多數(shù)水電站均采取攔污浮排加進(jìn)口1道攔污柵這種攔污方式。

2　實(shí)例分析

許多河流洪水期漂浮物驟增，進(jìn)口處的攔污柵極易堵塞，清污不易，可能使水電站被迫減小出力甚至停機(jī)；壓壞攔污柵的事例也曾發(fā)生。近年來(lái)，為降低淹沒(méi)損失，一級(jí)高水頭電站改為幾級(jí)低水頭電站的情況時(shí)有發(fā)生，或?yàn)槌浞掷盟Y源，低水頭電站也大量興建。低水頭、大流量的燈泡貫流式機(jī)組的大量采用，使以上問(wèn)題更為突出，需要找到一種適宜的方法解決。

錦江水電站位于沅江一級(jí)支流辰水下游，壩址控制流域面積6 811 km2，多年平均流量168 m3/s。電站正常蓄水位130.5 m，死水位130.0 m，裝機(jī)容量3×4 MW。最大水頭7 m，最小水頭3 m，設(shè)計(jì)水頭5.4 m，電站引用流量3×87.3 m3/s，多年平均發(fā)電量5 046萬(wàn)kW·h；2005年開(kāi)工建設(shè)，2007年建成發(fā)電。電站攔污設(shè)施最初采取的是攔污浮排加每臺(tái)機(jī)進(jìn)水口設(shè)1道攔污柵，攔污柵提至平臺(tái)進(jìn)行清除，起吊設(shè)備與檢修閘門(mén)的移動(dòng)臺(tái)車(chē)共用。攔污柵孔口尺寸(寬×高)8.1 m×13.2 m，柵條間距16 cm，平均過(guò)柵流速1.06 m/s。電站運(yùn)行頭兩年，汛期攔污柵經(jīng)常堵塞，導(dǎo)致電站出力減小，對(duì)發(fā)電效益影響較大。后經(jīng)業(yè)主要求，對(duì)電站攔污設(shè)施提出改造方案：一是將攔污排岸邊固定點(diǎn)往上游方向移動(dòng)62 m，將原攔污排與水流方向的夾角由33°調(diào)小至25°。二是考慮電站水頭較低,沿廠(chǎng)壩連接處閘墩平行水流方向向上游延伸35 m，后轉(zhuǎn)折35°接河岸，長(zhǎng)度共96 m，在進(jìn)水渠攔砂坎頂125 m高程上設(shè)置固定式攔污柵。固定式攔污柵間距6 m設(shè)置1.5 m×2.0 m的鋼筋混凝土支撐柱，期間設(shè)固定式柵條攔污柵，攔污柵頂采用2.0 m×0.6 m鋼筋混凝土板連通，板頂高程131.5 m。固定式攔污柵扁鋼柵條(10 mm厚)間距16 cm，取消每臺(tái)機(jī)進(jìn)水口處的攔污柵。經(jīng)過(guò)這樣改造后，3臺(tái)機(jī)滿(mǎn)發(fā)時(shí)平均過(guò)柵流速降低為0.84 m/s，2臺(tái)和1臺(tái)機(jī)滿(mǎn)發(fā)時(shí)平均過(guò)柵流速分別降低為0.56 m/s和0.28 m/s。方案提出后，業(yè)主由于資金原因，攔污柵頂鋼筋混凝土連通板沒(méi)有實(shí)施，其余均按設(shè)計(jì)施工。自2011年改造以來(lái)，取得了較好的效益：攔污柵堵塞情況大為減少，電站汛期平均發(fā)電量增加8%以上。

高家灘水電站位于湖南省沅陵縣境內(nèi)的怡溪干流上，怡溪為沅水一級(jí)支流，位于沅陵縣東南部，流域面積874 km2。電站壩址控制集雨面積433 km2，正常庫(kù)容為135萬(wàn)m3，裝機(jī)容量2×2 MW。正常蓄水位125 m，死水位123 m，最大壩高11.2 m，820 m長(zhǎng)隧洞引水，兩機(jī)引用流量2×15.9 m3/s，設(shè)計(jì)水頭15 m，多年平均發(fā)電量1 348萬(wàn)kW·h；2012年開(kāi)工建設(shè)，2015年建成發(fā)電。電站取消常規(guī)檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)上游門(mén)槽內(nèi)的攔污柵布置，沿隧洞進(jìn)水口三邊攔砂坎頂118 m高程上設(shè)置固定式攔污柵(整體外凸式布置)，長(zhǎng)度18 m。固定式攔污柵間距4.5 m設(shè)置0.6 m×1.2 m的鋼筋混凝土柱，柱頂高程126 m，在柱中部和頂部設(shè)置鋼筋混凝土圈梁，其余空間布置固定式柵條攔污柵(攔污柵與進(jìn)水口之間頂部126 m高程也布置柵條封閉)，扁鋼柵條間距16 cm。人工使用齒耙清除。2臺(tái)機(jī)滿(mǎn)發(fā)時(shí)平均過(guò)柵流速為0.44 m/s，1臺(tái)機(jī)滿(mǎn)發(fā)時(shí)平均過(guò)柵流速為0.22 m/s。該方案與攔污浮排結(jié)合，固定式攔污柵投資不大，電站建成發(fā)電以來(lái)，運(yùn)行良好，攔污柵堵塞很少發(fā)生，大大減少了清污工作量。

白漁潭水電站為河床式低水頭電站，最大壩高14.3 m，位于湖南省衡陽(yáng)市東北部耒水下游，系耒水梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最后一級(jí)，工程以發(fā)電為主，兼管航運(yùn)。壩址以上流域面積11 170 km2，多年平均流量310 m3/s。水庫(kù)正常蓄水位為58.00 m，死水位57.0 m，設(shè)計(jì)洪水位64.36 m，校核洪水位65.95 m，正常蓄水位以下庫(kù)容為0.36億m3，總庫(kù)容2.65億m3，為日調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站裝有8臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)水頭6.2 m，額定流量53.5 m3/s，總裝機(jī)容量21.9 MW。電站于1960年10月建成，年均發(fā)電量1.06億kW·h。2000年后，湘江大源渡電站建成投產(chǎn)，抬高了該站的下游水位，現(xiàn)年均發(fā)電量0.543 5億kW·h。

白漁潭水電站進(jìn)水口攔污設(shè)施采用常規(guī)布置：由長(zhǎng)約140 m的浮筒鋼絲繩攔污排和每臺(tái)機(jī)進(jìn)水口的攔污柵組成。每個(gè)進(jìn)水孔口采用折線(xiàn)四邊形布置，共4個(gè)柵孔，柵孔尺寸為2.42 m×12.5 m(寬×高)。為降低過(guò)柵流速，進(jìn)水口底板在攔污柵處呈V形下凹2 m，柵條間距15 cm，平均過(guò)柵流速為

1.1 m/s。由于電站位于耒水下游，壩址以上流域面積大，特別是在汛期河流中漂浮物多，導(dǎo)致發(fā)電時(shí)柵前柵后有明顯的水位差，水頭損失大。2015年在該站啟動(dòng)增效擴(kuò)容改造時(shí)，考慮到電站水頭低，進(jìn)水口為多孔，采取了將各進(jìn)水口的攔污柵連通式布置的改造方案：拆除目前的各折線(xiàn)攔污柵，往上游方向上移4 m，形成8臺(tái)機(jī)進(jìn)水口連通的布置方案。雖然電站8臺(tái)機(jī)滿(mǎn)發(fā)時(shí)的平均過(guò)柵流速只降低為0.92 m/s，但只有部分機(jī)發(fā)電時(shí)，由于水流在攔污柵后互相溝通、補(bǔ)充，當(dāng)攔污柵的某一部分被堵塞后，其他部分仍可以補(bǔ)水，起到互為備用的作用，就可大幅降低過(guò)柵流速。同時(shí)，由于過(guò)柵流速的降低，也可以有效降低垃圾在攔污柵上的吸附力，減少清污工作量。該方案順利的通過(guò)了省廳審查。

3　結(jié)　語(yǔ)

對(duì)于低水頭、大流量的進(jìn)水口，為減少攔污柵的堵塞、破壞，需要找到一種適宜的方法解決。通過(guò)工程實(shí)例，介紹了一種經(jīng)濟(jì)適用的低水頭攔污柵的設(shè)計(jì)方法：不拘泥于一機(jī)一槽一柵的常規(guī)布置，結(jié)合攔砂坎的設(shè)置(適當(dāng)遠(yuǎn)離進(jìn)水口)，采用鋼筋混凝土和柵條結(jié)合的結(jié)構(gòu)型式，將各進(jìn)水口的攔污柵采用連通式、分段式或整體外凸式布置，使各進(jìn)水口的水流在攔污柵后互相溝通，從而有效降低過(guò)柵流速。當(dāng)機(jī)組非全部運(yùn)行時(shí)，效果更為明顯。該方法簡(jiǎn)單易行，成效明顯，具有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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