水電站冬季運行遇到的問題及對策

吳小靜

( 新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊835400)

1 工程概況

某水電站是一條主要適用于冬季運行的水電站，利用主渠道冬季閑置的水流發(fā)電。水電站主要建筑物有分水閘、引水渠、排冰閘、壓力前池、溢流堰、泄水槽、壓力管道、電站廠房、尾水渠等建筑物組成。引水渠整體走向為東西向，前池及壓力鋼管走向為南北向，在渠道與前池銜接部位的彎道外側(cè)建排冰閘，工程為正向引水，彎道排冰。引水渠長6 209 m，尾水渠長2 375 m，壓力管道長2 020 m，電站壓力前池正常運行水位858．3 m，水電站工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。電站設(shè)計水頭154．3 m，裝機容量132 MW，年發(fā)電量6．68 億kW·h，年利用小時數(shù)5 061 h。

2 氣象條件

該工程所在區(qū)域?qū)俅箨懶詼貛夂颍憩F(xiàn)為溫和濕潤、晝夜溫差大等特征。該工程附近有氣象站，設(shè)計主要依據(jù)氣象站觀測資料。經(jīng)統(tǒng)計多年平均氣溫為7．4 ℃，極端最高氣溫為37．4 ℃，極端最低氣溫為－37． 6 ℃。多年平均降水量256．6 mm，多年平均水面蒸發(fā)量(20 cm 蒸發(fā)皿)1 422．5 mm，多年平均風(fēng)速2． 1 m/s; 最大風(fēng)速28． 0 m/s，相應(yīng)風(fēng)向為WNW。多年平均雷暴日數(shù)40．7 d，歷年最大積雪厚度41 cm，歷年最大凍土深度60 cm。

根據(jù)計算洪溝設(shè)計洪水的需要，本階段收集了附近氣象站1960 ～2006年的年最大1 d 降水量，多年平均為19．5 mm。附近水文站歷年(1956 ～2006年) 的月、日氣溫，多年平均氣溫為8．6 ℃，日平均最高氣溫為31．0 ℃，日平均最低氣溫為－24．6 ℃( 表1) 。

表1 附近水文站多年平均氣溫統(tǒng)計表 ℃

3 冬季運行情況

該電站首個冬季運行情況表明，自2011年12月21日起，當(dāng)最低氣溫連續(xù)3 d 降至－15 ℃時，渠道開始出現(xiàn)冰情。12月23日最低氣溫降至－18 ℃，引水渠、分水閘、及渠系建筑物前開始出現(xiàn)大面積結(jié)冰，通過調(diào)配挖掘機等設(shè)備及時破冰、輸冰，并開啟排冰閘等措施尚且可將渠道浮冰排除。2012年1月18日開始，由于全球性寒潮入侵，氣溫降至－20 ℃以下，渠道全天開始產(chǎn)生大塊浮冰。1月19日氣溫驟降至－25 ℃，渠道出現(xiàn)冰蓋，連續(xù)長度約5 km，部分水位抬升。1月22日最低氣溫達到－29 ℃，冰蓋長度連續(xù)約25 km，部分水位超校核洪水位，冰情嚴重致使電站停產(chǎn)。

4 存在的問題

1) 渠道中渠系建筑物( 交通橋、渡槽、分水閘及節(jié)制閘等) 以及彎道處易出現(xiàn)流動冰凌壅塞現(xiàn)象，影響渠道安全運行。較大的冰凌通過彎道、橋、分水閘、節(jié)制閘以及渡槽等部位時易被建筑物阻擋形成冰塊擁堵，冰面向上游延伸，影響正常的輸水、輸冰。

2) 攔冰鎖易與冰凌凍結(jié)形成整體，造成冰凌逐漸擴展，影響排冰。攔冰鎖處過水?dāng)嗝娲?，流速慢，在水流作用下形成順?biāo)鞣较虻陌济妗１柙跀r冰鎖處聚集，凍結(jié)并不斷擴大，氣溫驟降時，極易形成大面積冰蓋。

3) 通過攔污柵的冰絮狀物極易與柵格凍結(jié)形成冰簾，側(cè)軌易凍結(jié)，導(dǎo)致攔污柵無法正常運行，影響發(fā)電。當(dāng)氣溫較低時，通過攔污柵的冰絮狀物及雜物，在水流作用下易附著在攔污柵上，形成冰簾。水位變化區(qū)攔污柵柵條與框架、攔污柵與側(cè)軌易凍結(jié)，無法啟動。

4) 溜冰槽雜物、碎冰堆積現(xiàn)象嚴重。由于溜冰槽水平段設(shè)計的坡度較小，清淤泵流量不足，無法將攔污柵撈出的碎冰、雜草及人工清除的冰簾等雜物沖走，必須通過人工進行清理，尤其到了春秋兩季雜草較多，給清理工作帶來很大的工作量。在氣溫較低的冬季清至溜冰陡槽后的雜物又會繼續(xù)堆積、凍結(jié)，并逐漸向上擴展，直至溜冰槽被雜物、冰塊淤滿，無法繼續(xù)排草、排冰。

5)排冰閘、事故閘門及排沙洞閘門易與導(dǎo)軌凍結(jié)，影響閘門動作。排冰閘、沖砂閘在氣溫較低時，由于門后滲水逐漸結(jié)冰導(dǎo)致門體與軌道凍結(jié)，排冰閘側(cè)軌加熱裝置融冰效果欠佳。事故閘門在氣溫較低時，水位變化區(qū)四周凍結(jié)，無法啟動。

6) 排沙洞閘門開啟泄流時，水流沖擊邊墻，漸至頂部。排沙洞水流流速高，出口泄流直接頂沖排冰排沙槽邊墻。

5 解決途徑

1) 長引水式電站防冰是水電工程中一項普遍性的問題，且各工程情況不一，解決難度較大，往往是隨工程運行逐漸總結(jié)，逐步完善。結(jié)合本工程情況，運行管理人員加強巡視，對渠系建筑物及彎道處的冰堵現(xiàn)象及時排除，如有條件，在橋柱混凝土表面及對應(yīng)渠道一定范圍內(nèi)的邊坡表面涂刷有利于冰與基層剝離的吸熱、憎水性涂料，根據(jù)目前掌握的情況，該涂料可采用改性瀝青瑪蹄脂涂層或高韌性環(huán)氧防護涂料，可涂刷不同廠家和不同品種的材料進行現(xiàn)場對比試驗，比較效果的好壞。對于橋柱防冰掛冰現(xiàn)象建議結(jié)合橋柱混凝土凍融損壞修補，在采用高韌性環(huán)氧砂漿修補的基礎(chǔ)上表層增加使用SK－EC 高韌性環(huán)氧防護涂層。對于冬季運行的渠道，建議交通橋、渡槽等跨渠建筑物宜設(shè)置成單跨，渠道轉(zhuǎn)彎半徑不宜設(shè)置過小。

2) 調(diào)整攔冰鎖的位置，增設(shè)破冰裝置，將凍結(jié)的攔冰鎖與冰分離。在冬季運行的引水渠道上，應(yīng)優(yōu)化排冰閘與電站進口的布置形式( 縮小排冰閘與電站進口間的過水?dāng)嗝?，保持水流與排冰閘方向一致，側(cè)向引水發(fā)電并設(shè)置攔冰墻) 。

3) 在前池增設(shè)能夠滿足區(qū)域供暖要求的加熱鍋爐，對攔污柵轉(zhuǎn)動區(qū)域內(nèi)進行加熱，并且對前池攔污柵上部進行封閉，在其上增設(shè)一具備保溫、方便檢修的攔污柵輕型保溫房，房間配備采暖設(shè)施，以改善攔污柵的運行環(huán)境。保溫房下游側(cè)可直接利用電站進水口啟閉機房上游墻，其他墻體及房頂采用輕型板材結(jié)構(gòu)，變速箱等輕型設(shè)備檢修時，可臨時拆除屋頂進行設(shè)備起吊。在保溫房內(nèi)安裝暖氣，利用前池安裝一臺蒸汽鍋爐，對保溫房進行采暖加熱，提高回轉(zhuǎn)清污機周邊的環(huán)境溫度。在清污機上游側(cè)安裝噴蒸汽管道，需要時可直接對柵條水上部分噴蒸汽，防止柵條結(jié)冰。此方案能使回轉(zhuǎn)清污機運行環(huán)境和結(jié)冰情況得到改善，但因保溫房在水流進口和溜冰槽位置無法完全封閉，遇大風(fēng)天氣，室內(nèi)熱量會消散較快，因此還需要進一步完善。同時，對柵條直接噴蒸汽可能會導(dǎo)致屋內(nèi)房頂及墻體形成冰滴或冰掛。

4) 對于溜冰槽排冰、排草不暢可采用增加清淤流量、揚程和改造溜冰槽兩種方案相互結(jié)合:①在現(xiàn)有清淤泵的位置增加兩臺大容量潛水泵互為備用;②采用黏土磚及砂漿抹面，局部填補溜冰槽下游側(cè)內(nèi)凹處，束窄溜冰槽寬度，提高槽內(nèi)水流單寬流量，提高水流沖污能力。對溜冰槽內(nèi)壁涂刷高韌性環(huán)氧防護涂料，減小溜冰槽內(nèi)壁糙率及與冰的粘結(jié)力。調(diào)整沖水管出口方向，使出口水流更有利于沖污。

5) 對于冬季氣溫較低時，沖沙洞出口增加棉簾保溫，電站進口閘房通氣孔延伸至戶外，閘房封閉，內(nèi)設(shè)加熱裝置。事故閘門提起鎖定時應(yīng)露出水面以上，通氣孔應(yīng)設(shè)計在室外。

6) 當(dāng)排沙洞水流流速過高，出口泄流直接頂沖排冰排沙槽邊墻時，水流存在折沖爬高現(xiàn)象，為避免水流濺出破壞排沙槽兩側(cè)回填土，可在排沙洞出口頂部增設(shè)混凝土蓋板，防止水體上岸，并連通左右岸交通，一舉兩得。

6 結(jié) 語

根據(jù)該冬季運行引水式電站的運行情況來看，冬季運行的渠道一旦出現(xiàn)冰凌、冰塊及冰蓋，就會影響渠道輸水能力，甚至導(dǎo)致壅塞，造成工程破壞、電站非正常解列。另外值得注意的是，上述所采取的輸冰、排冰措施是為保證電站冬季正常運行的被動手段，重點應(yīng)是解決渠道生冰問題，對水體進行增溫，或增設(shè)機械破冰、排冰措施。同時建議在渠道一側(cè)增設(shè)監(jiān)控設(shè)備及水位自動監(jiān)測儀器，做到24 h 全天候監(jiān)測，隨時監(jiān)控渠道運行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)水位升高等異常情況，及時進行處理，確保渠道運行安全。在冬季運行過程中，渠道兩側(cè)邊坡濕滑，應(yīng)加強對當(dāng)?shù)厝罕姷陌踩麄鞴ぷ鳎苊獍l(fā)生人身及財產(chǎn)損失，并應(yīng)教育當(dāng)?shù)厝罕?，嚴禁向渠道?nèi)傾倒垃圾、拋雜物。

［1］朱永斌. 水電站冬季運行探討［J］. 中國水運: 下半月，2011(09) :144 －145.

［2］劉連希，吳吉才. 關(guān)于十三陵抽水蓄能電站上庫冬季運行結(jié)冰問題的探討［J］. 水利水電技術(shù)，2001(03) :33 －35.

［3］張娜，霍丙臣，王劍楠. 冰情危害及冬季明渠安全輸水探討［J］. 河南水利與南水北調(diào)，2010(11) :77 －78.