水電站水閘閘門改造設(shè)計(jì)分析

宇如瓊

全椒縣上九連電站 安徽全椒 239500

水電站地中的水閘閘門是水電站中的重要組成部分，通過改造水閘閘門，能夠提升水電站的發(fā)電效率和保證水電站的安全性，還可以降低水電站的能耗。因此，需要通過對(duì)水電站的水閘閘門進(jìn)行改造，優(yōu)化水電站的運(yùn)營(yíng)。

1 水電站閘門概況

某水電站是重要的大型樞紐工程，主要用途為發(fā)電，同時(shí)也有旅游、養(yǎng)殖和航運(yùn)等功能。該電站每年是發(fā)電29億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量為800MW，水電站共有15個(gè)閘孔。其在正常工作中，下水頭為6.5米，水流會(huì)呈現(xiàn)出寬頂堰的模式。在工作過程中，利用閘門開閉控制排泄水量，水電站設(shè)置4臺(tái)移動(dòng)式啟閉機(jī)來對(duì)水閘的調(diào)度進(jìn)行控制，滿足排泄水量控制的要求，需要對(duì)工程進(jìn)行維修時(shí)，也比較方便。該工程屬于低水頭工程，堰頂相對(duì)河床的高程并不高，所以如果上游處在正常的蓄水水位，則下游的水深在閘門打開之后也不具備形成面流的條件。為了滿足閘壩在運(yùn)行過程中可以發(fā)揮出樞紐的作用，本工程在水電站的管理工作中，所有的天然來水都會(huì)應(yīng)用到發(fā)電中，因此天然來水并沒有達(dá)到流量要求的其工況下就不會(huì)開啟閘門；由于天然來水比機(jī)組引流的發(fā)電量更大，因此在管理過程中，可以打開一部分放出多余的天然來水；而且，如果天然來水的流量超過1000m3/s，則為了保證安全，就需要打開所有閘門并停止發(fā)電工作；如果發(fā)電站出現(xiàn)停電事故，就必須要馬上開啟閘門，通過放泄保證發(fā)電的電流量，以避免出現(xiàn)上游水位出現(xiàn)閘門漫頂?shù)那闆r，并防止下游出現(xiàn)水量不足導(dǎo)致航運(yùn)受到影響。

2 閘門改造中閘壩消力池尺寸的設(shè)計(jì)

2.1 閘門改造原因分析

在本工程中的消力池、閘壩都是在沙基上建立，容易在施工過程中出現(xiàn)圍堰和放量過大等問題。如果將單孔閘門打開，消力池的尺寸就要控制在4×25.5米，在施工過程中有一定的難度，因此需要做好對(duì)消力池尺寸范圍的控制工作。消力池的長(zhǎng)度和深度與閘門高度成正比例關(guān)系，因此在閘門的高度下降時(shí)，對(duì)消力池的長(zhǎng)度和深度需求也會(huì)隨之降低，因此，這也就需要改變閘門的尺寸[1]。

2.2 閘門改造設(shè)計(jì)分析

根據(jù)對(duì)該水電站作為樞紐運(yùn)行調(diào)度的情況，以及分析周邊江河的流量，如果天然來水的流量超過1000m3/s，發(fā)電站的所有閘門都會(huì)開啟，閘門下部的水位將過超過10.89米，而且為了能夠?qū)⑺械乃慷夹冻鏊?，還需要停止水電站發(fā)電。在閘壩的閘門全部開啟，并且開度達(dá)到0.1，那么閘壩閘門的流量會(huì)超過1000m3/s，隨著上游水量的宣泄，下游水位也會(huì)不斷提高，上游水位的下降會(huì)導(dǎo)致對(duì)消力池的影響降低，達(dá)到控制消力池尺寸的目的。而另一方面，在閘壩的閘門開啟之后，如果流量超過了1000m3/s，那么消力池的結(jié)構(gòu)則不會(huì)因?yàn)榱髁吭龃蠖艿狡茐?。所以結(jié)合上述分析，發(fā)現(xiàn)如果將所有的閘壩、閘門的開度控制在e=0.1H，而且閘壩閘門開啟的數(shù)量超過9孔，就會(huì)出現(xiàn)上游水量宣泄時(shí)發(fā)生淹沒式水躍。

2.3 分析結(jié)論

在結(jié)合水電站的運(yùn)行調(diào)度情況和河流流量的關(guān)系情況，可以進(jìn)一步證明利用閘壩閘門的尺寸改造對(duì)消力池的長(zhǎng)度和深度進(jìn)行控制。而通過該方法，在對(duì)消力池尺寸進(jìn)行有效控制的同時(shí)，也能避免破壞消力池[2]。對(duì)于本工程的情況，結(jié)合沙基基礎(chǔ)的特點(diǎn)，消力池的長(zhǎng)度應(yīng)該控制在16.5米以下，深度為2.2米，通過計(jì)算獲得了閘門的開啟都應(yīng)該控制在0.1，因此閘門的開啟度e為0.65米，之后通過對(duì)降水季、洪澇災(zāi)害等各種自然環(huán)境的破壞情況進(jìn)行分析，以此對(duì)開啟進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。根據(jù)工程的實(shí)際情況，如果繼續(xù)增加消力池和消力敦裝置，就要將消力池的深度控制在2.0米，以及還要把長(zhǎng)度修改為16.5米，射流過渡段控制在7.4米。

3 正常運(yùn)用二臺(tái)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況

水電站的二臺(tái)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要將閘門的開啟度控制在e=0.65米，一旦來水的流量超過1000m3/s，此時(shí)閘壩的閘門必須全部開啟，并且閘壩閘門之間的開度差也要控制在0.65米以內(nèi)。在實(shí)際工作的過程中，由于當(dāng)?shù)厮臈l件、天氣狀況、地質(zhì)條件的影響，可能會(huì)有一些非正常情況出現(xiàn)，此時(shí)就需要重新計(jì)算閘壩閘門的開度。

對(duì)于天然來水流量在二臺(tái)機(jī)出力80%以下的情況，如果突然有停機(jī)事故出現(xiàn)，就要開啟四扇閘門，以便保證上游水流量可以得到宣泄，在流量和發(fā)電機(jī)流量相同之后才能結(jié)束閘門的開啟，并且開啟的過程中，需要將最大開啟度控制在0.25米以下。

在流量位于二臺(tái)機(jī)處理80%的情況下，并且滿載發(fā)電機(jī)的額定流量178m3/s的情況下突然出現(xiàn)了停機(jī)的情況，需要馬上將啟動(dòng)4臺(tái)開閉機(jī)，并且直到閘門開啟度達(dá)到0.25米之后才能結(jié)束。另外的四扇閘門也要根據(jù)情況對(duì)啟閉機(jī)進(jìn)行控制并適時(shí)開啟，且要將閘門的開啟度控制在0.25米以內(nèi)。

在天然來水流量位于單機(jī)滿載發(fā)電的額定流量和兩臺(tái)機(jī)滿載發(fā)電的額定流量之間時(shí)，則必須立即開啟四臺(tái)開閉機(jī)，將閘門的開啟度控制在0.55米對(duì)水電站的另外4扇閘門也要進(jìn)行啟閉機(jī)移動(dòng)開啟，并且將閘門的開啟度控制在0.55米以內(nèi)。

如果天然來水流量在兩臺(tái)滿載發(fā)電機(jī)額定流量以上，并且在600m3/s以下，也要馬上開啟4臺(tái)啟閉機(jī)，直到閘壩閘門的開啟度達(dá)到0.65米后才能結(jié)束開啟，并且另外4扇閘門也要進(jìn)行移動(dòng)開啟，并且將開啟度控制在0.65米以內(nèi)。

最后，在天然來水的流量位于600m3/s和1000m3/s之間，則需要將所有的閘門都開啟，并且控制開啟度在1.3米以內(nèi)，而且要保證各個(gè)閘門之間的開啟度差控制在0.65米以內(nèi)。

結(jié)合上述控制策略對(duì)閘門的開啟度進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)電站的閘門開啟停機(jī)使用了15臺(tái)固定式啟停機(jī)，在擁有更高經(jīng)濟(jì)效率的情況下，閘門的控制、開啟調(diào)度也會(huì)更為靈活，這些對(duì)于保證水電站安全的同時(shí)，還可以使其獲得更高的發(fā)電效率。

4 結(jié)語

結(jié)合以上實(shí)例分析，在對(duì)水電站的閘門進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該做好對(duì)閘壩消力池尺寸的控制，而在選擇啟閉機(jī)時(shí)，應(yīng)該以固定式啟閉機(jī)和移動(dòng)啟閉機(jī)優(yōu)先，使整個(gè)工程可以具有更高的工作效率。