新疆北疆地區引水式電站冬季排冰措施

丁 磊

(新疆勘測設計院(集團)有限責任公司石河子分公司，新疆 石河子 832000)

文章編號：1006—2610(2015)03—0036—03

新疆北疆地區引水式電站冬季排冰措施

丁 磊

(新疆勘測設計院(集團)有限責任公司石河子分公司，新疆 石河子 832000)

嚴寒地區引水式電站在冬季發電時，必須要考慮排冰問題，根據新疆北疆地區引水式電站的可持續性發展需要,在電站設計時考慮電站冬季運行的排冰問題。筆者在工程設計中總結出引水式電站冬季排冰的一些措施，并論述這些措施的優缺點以及應用范圍。

引水式電站;冬季;排冰;措施

0 前 言

新疆北疆的引水式水電站，冬季必須考慮到排冰的問題。按照DL/T5057-2009《水工建筑物結構和及規范》規定，新疆北疆屬于嚴寒地區，極端氣溫可達到零下42 ℃。冬季來水量較少，引水渠道的流速較低，這樣造成渠道內形成大量的浮冰，浮冰經渠道引水系統至電站的壓力前池并在前池堆積，影響前池的正常運行，因此必須考慮前池的排冰問題。目前，新疆北疆引水式電站的排冰措施主要有3種：① 抽水融冰;② 設置排冰閘;③ 設置攔污柵。本文就不同的地區條件及氣象情況，分別對這3種措施進行論述，并附相應的工程實例進行說明。

1 排冰方式

1.1 抽水融冰

抽水融冰是一種比較高效的排冰方式，在新疆北疆應用不是很廣泛，比較典型的工程實例為新疆瑪納斯河1～5級電站，瑪納斯河梯級電站均為引水式電站，引水方式為明渠引水。山區冬季氣溫較低，引水流量較小，渠道流速較低，因此在渠道中的大量浮冰進入前池，造成前池內大量浮冰堆積，引水困難，在未采用抽水融冰方式之前，該梯級電站冬季要發電，必須定期清理浮冰，以滿足發電要求。目前瑪納斯河梯級電站引水渠道沿線每1～2 km設1口井，電站冬季運行時，渠道沿線水井向渠道輸水，一方面可以補給冬季引水量的不足，另一方面利用地下水水溫較高的特性，來達到融解渠道內浮冰的目的。自從瑪納斯河梯級電站采用這種排冰方式后，冬季發電時，渠道很少能見到大塊的浮冰，電站運行良好。通過這種方式解決了以前一到冬季必須進行人工、機械破冰、排冰，節約了大量的人力、物力，充分貫徹了“無人值班、少人值守”的現代電站工作理念。

抽水融冰作為一種排冰方式，作用效果明顯，但這種排冰方式受到水文地質的限制因素較大，若引水式電站引水渠道沿線地下水資源豐富，可采用這種方式，可一次性解決引水式電站冬季的排冰問題。

1.2 排冰閘

圖1 排冰閘(舌瓣閘門)圖

排冰閘的作用主要是排冰、排漂及泄洪，排冰閘的閘門為舌瓣閘門，工作原理是利用冰塊及污物漂浮在水面上的特性，通過表層泄水，把浮冰和污物排出前池，經泄水陡坡排入尾水渠(圖1)。利用排冰閘排冰的方式在新疆北疆比較普遍，一般排冰閘設置在引水渠入水口的正對面，這樣有利于排冰。

比較典型的工程實例是瑪納斯河一級電站，瑪納斯河一級電站的排冰閘設置在前池進口處，設1道舌瓣閘門，在該電站未利用抽水融冰措施之前，冬季排冰均按這種方式，若渠道中浮冰較多，必須等閘前堆積一定程度，才開啟1次，能夠把排冰閘前的浮冰排入泄水陡坡，但已進入前池的浮冰，必須通過另外的方式來清冰，常用的方式為攔污柵。此種排冰方式需要視來冰情況而定開啟時間及閘門開度，因此需要泄一定水量來排冰。舌瓣閘門需設置保溫措施，防止閘門活動部分凍結，目前新疆大部分采用油熱和蒸汽加熱方式，在閘門埋件上預留加熱槽。油熱方式是對油進行電加熱，此種方式比較經濟省事，只需把電引入相關位置即可；另一種方式為蒸汽加熱，這種方式必須增設鍋爐房，需埋設專門的暖氣管道，且加熱槽容易銹蝕。

在新疆北疆引水式電站基本均要設置排冰閘，一方面是排冰排漂，一方面兼顧泄洪的任務。但此種方式只能清除部分浮冰，若渠道浮冰較多，必須經常開啟。

1.3 攔污柵

目前在新疆北疆引水式電站前池壓力鋼管進口設置的攔污柵分2種：一種為垂直式攔污柵；另一種是回轉式攔污柵。

圖2 垂直式攔污柵圖

垂直式攔污柵是指攔污柵柵體與閘底板呈80°～90°布置，該攔污柵的清污及清冰方式為提柵清污，一般情況下，此類攔污柵布置2道，分前后布置，互為檢修，互為工作(見圖2)。啟閉設備一般為電動吊葫蘆，清污方式為提柵清污，攔污柵分密柵和粗柵，密柵一般用于夏季清污，粗柵一般用于冬季清冰，此類攔污柵清污和清冰必須人工輔助，把污物提出水面，再通過人工清理出前池。比較典型的工程實例為新疆沙灣縣金溝河二級引水式電站，該電站前池進口設2道攔污柵，分粗柵和密柵，粗柵柵條間距15 cm，密柵柵條間距8 cm，柵體與閘底板呈87°角，清污方式為提柵清污與人工輔助相結合的方式。目前該電站攔污柵運行良好。此類攔污柵適用于裝機較小，當地極端氣溫天數較少，渠道多年來冰量較少，且必須設置排冰閘的引水式電站。此類排冰方式在冬季極端氣溫下，必須派人值守電站前池，視來冰情況進行清冰，因此必須耗費一定的人力、物力進行巡查和清冰，但此類清冰方式較為便宜，適用于小型引水式電站。

圖3 回轉式清污機圖

回轉式攔污柵是指利用電動的方式來清污，其主體包括：攔污柵柵體、齒耙、驅動裝置、傳動鏈條、回轉鏈條、導污板、支撐裝置、安全裝置和電氣控制系統(見圖3)，驅動機構布置在柵體上部的一側，減速機輸出軸上的主動鏈輪，通過鏈傳動帶動輪軸組上的從動鏈輪，從動鏈輪通過安全保護裝置將扭矩傳給輪軸組傳動軸，傳動軸帶動2個牽引鏈輪旋轉，從而牽引板式滾子鏈回轉，安裝在2條牽引鏈條之間的清污耙隨鏈條回轉，齒耙繞攔污柵柵體回轉，在攔污柵頂部前向下至頂部后齒耙向下轉動，在頂部將污物順利卸除。該種方式比較節省人力，且可以采用遠程控制的方式。但該攔污柵無法清除大塊的浮冰，對于冰凌的清除，效果較差。比較典型的實例為新疆的古爾圖6級、7級引水式電站采用該種排冰方式。此種攔污柵適用于來冰量不大，且冰情較輕的小型引水式電站。

2 有關經驗總結

設計時根據水工前池的布置來綜合考慮前池的排冰方式。

(1) 若引水式電站的引水方式為明渠引水，且電站屬于寒冷地區，地下水位較淺，當地冬季來冰量較大，建議采用抽水融冰的方式，該方式比較節省人力、物力，前池進水口只需設置1道清污的攔污柵即可。

(2) 若引水式電站的引水方式為明渠引水，且電站屬于寒冷地區，地下水位較深，當地冬季來冰量較大，不具備抽水融冰的條件，建議采用排冰閘和攔污柵相結合的方式。前池的布置型式，建議采用正面排冰，側面引水的方式。攔污柵及排冰閘的設計要考慮加溫措施，以免凍結。

(3) 若引水方式為暗渠或隧洞引水，可不設置排冰設施。

3 結 語

目前，在新疆北疆引水式水電站的排冰方式多種多樣，主要是采用排冰閘和攔污柵相結合的方式，該種方式在實際運行中，具有一定的排冰效果，但是比較費人力，在較寒冷的月份，必須派專人值守。采用抽水融冰方式比較節省人力、物力，融冰效果明顯，是推薦的排冰方式。攔污柵的排冰能力有限，一般情況下必須與排冰閘配合使用。在目前水工金屬結構設備的生產水平下，還無法通過機械設備來完全解決引水式電站的冬季排冰問題。

[1] 劉細龍，陳福榮.閘門與啟閉設備[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[2] SL74-2013，水利水電工程鋼閘門設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

[3] 蔡春源.機械零件設計手冊[M].北京：冶金工業出版社,1995.

Ice-removal Measures for Diverted Power Stations in Northern Xinjiang in Winter

DING Lei

(Xinjiang Investigation Design Institute (group) Co., Ltd., Shihezi Branch, Shihezi, Xinjiang 832000,China)

Ice has to be removed for the water-diverted power station in cold region in winter when the power station generates. In consideration of the sustainable development demand of the water-diverted power stations in northern Xinjiang region, the ice-removal measures shall be provided when the power station is designed for this region. The ice-removal measures for the water-diverted power stations in winter are concluded in engineering design as well as advantages, disadvantages and application scope of these measures are demonstrated in this paper.

water-diverted power station; winter; ice removal; measure

2014-12-15

丁磊(1979- )，男,新疆石河子市人，工程師，從事水利水電專業設計工作.

P339

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.010