基于攔污能力提升的華口水電站節水增電技改研究

鄭家回

（福建省漳平市華口水電有限公司，福建 漳平 364400）

華口水電站位于福建省漳平市蘆芝鄉，是漳平市重點工程之一，電站在九龍江北溪上，九龍江北溪是福建省第二大河，多年平均年發電量1.2億千瓦時。華口水電站的水庫，部分位于漳平市內，是漳平市美麗的風影線。九龍江北溪流經龍巖市、漳平市等重要城市，河流中存在大量生活垃圾，以及大量外來物種水芙蓉，目前，經國家大量治理生活垃圾已大量減少，但在大雨過后還是會出現大量的垃圾以及水芙蓉，水芙蓉不但影響水中水生生物的生存，也對電站的發電效能造成重要影響。水芙蓉與垃圾堵塞攔污柵，導致發電用水不能得到快速補，降低了發電水頭影響發電量。華口電廠為臥室貫流式機組，單機額定流量170m3/s，上游有粗細兩層攔污柵，正常兩臺大機滿負荷運行流量在300m3/s以上，這種低水頭大流量的生產方式倒至其對入水粗柵的要求變得較高。華口電廠原粗柵設計太小而且為長方型。粗柵前的污物使發電水頭損失巨大，且難以清理，難以滿足本廠的需求。為滿足本廠節水增發電的一貫精神，通過技改增加發電水頭，比如，下游河道清理和增加上游水位等，其中攔漂和截污也成了其中節水增發電的強有力方法之一。華口電站啟動基于攔污能力提升的電站節水增發電技改研究，分別考察了在水電站進水口前水庫增設攔漂裝置和擴大粗格柵兩個技術方案，以水頭損失、清污水量以及發電量作為評價指標，優化水電進水口攔污設施，為山區階段水電站的優化運行提供技術支持。

1 強化攔污技術措施

（1）攔漂排設置。增加攔污柵范圍可以減少污物對發電水頭損失的影響。攔漂的安裝于2016年安裝完成，位于水電站前100米處。由一根鋼絲繩為受力主軸，橫跨56米過水斷面；攔漂裝置上面捆綁泡沫塑料用以欄阻漂浮物，下方還懸掛魚網用石頭拉緊以欄阻部分水下懸浮物進入。2018年對粗柵進行了擴大改造，增加了粗柵范圍，并將原設計的長方型改為擴大三角型。

（2）評價指標。基于攔污能力提升的華口電站技改研究主要評估設置攔漂排和擴大粗格柵對站前水頭損失、發電水頭以及單位發電耗水量進行評價。

站前水頭損失系指攔漂前水位與粗格柵后水位的差值；發電水頭系粗格柵后水位與電站出口水位的差距。各類水位值可以通過觀測水位標尺獲得。單位發電耗水量系指每發一度電所需消耗的水量，通過采集發電控制系統中發電量數據和水量數據獲得。

2 結果與討論

（1）攔漂排對水頭損失和發電能力的影響。欄漂在粗柵外在一定程度上擴大了粗柵的范圍，將大量漂浮物：水芙蓉、竹子、木材等阻擋在欄漂外，加大進入粗柵水流的順暢度。欄漂的安裝使華口電廠水頭得到了提高，減少了水頭損失。如圖1(a)所示，沒有設置攔漂排時，水電站前水頭一般在0.5～0.9m，特別是在洪水期水頭損失會上升到第二天就會達到0.7～1米。設置攔漂排以后，站前水頭損失穩定在0.3～0.5之間，即使洪水期也無需清污，在機組滿負荷情況下，上游水頭損失也能控制在0.4米左右且相當穩定。一次清污棄水的浪費就達30～100萬m3，可見技改的經濟效益顯著。因此，設置攔漂排減少清污次數，降低職工勞動強度機組損耗。

如圖1(b)所示，欄漂安裝前后洪水污物對節水增發電具有顯著貢獻。安裝攔漂排前兩機滿發負荷平均為16100kW，而欄漂安裝后兩機滿發負荷為16800kW；在單機情況下都可帶負荷至17500kW，但是，欄漂安裝前單機滿負荷平均導葉開度為84%～88%，而漂安裝后單機滿負荷平均導葉開度為82%～84%。如圖1(b)所示，在裝攔漂前年均單位發電水量為29.5m3/度；在裝設攔漂后年均單位發電水量為28.5m3/度。但是，攔漂也存在抗洪水能力弱、漂浮物影響湖庫景觀以及使用壽命短等問題。

圖1 攔漂排對水電站前水損(a)以及發電水頭與耗水量(b)的影響

（2）擴大粗格柵對水頭損失和清污的影響。針對攔漂排的不足，采用擴大粗格柵方式進行了技改研究。如圖4所示，經過擴大粗格柵改造以后，站前水頭損失進一步下降至0.2m以下，明顯降低了站前的水頭損失。如圖2(b)所示，擴大粗格柵后，電站的平均發電水頭從13.1m增加至13.4m，單位發電水量從28.5m3/度降低至28.15m3/度。這說明擴大粗格柵改造也可以顯著降低發電水頭的降低，增加發電量。此外，按目前環保要求，現在清污已經不能將污物水芙蓉排到下游，必須進行人工清污，排污用水目前已不存在，由于以前長方型攔污柵小對柵前污物吸力大及難清污，若停機清污又會造成生態流水中斷。現在有了擴大粗柵后，上游差不多污物的情況下清污時間只要原來的一半，減少了人成本，而且使清污的及時性得到了有效的提高。

圖2 擴大粗格柵對水電站前水損(a)以及發電水頭與耗水量(b)的影響

（3）基于攔污能力提升的技改效益分析。經過上述研究可知，安裝攔漂后單位發電耗水量明顯減少但不穩定，安裝擴大粗格柵后單位發電耗水量明顯減少而且十分穩定，同時使污物清理變的容易且容易做到及時。在裝攔漂前年均單位發電水量為29.5m3/度；裝設攔漂后，年均單位發電水量為28.5m3/度；裝設擴大粗格柵后，年均單位發電水量進一步下降至28.15m3/度，按一年發電1.2億度電計算：在同樣的入庫流量的前提下，裝設攔漂后增發電量421萬度/年；裝設擴大粗格柵后可增發575萬度/年。

3 結語

基于攔污能力提升的水電站技改研究具有經濟技術可行性。設置攔漂排可使站前水頭損失減少0.3m以上；在裝攔漂前年均單位發電水量為29.5m3/度，裝設攔漂后年均單位發電水量為28.5m3/度，裝設擴大粗格柵后，年均單位發電水量進一步下降至28.15m3/度。在同樣的入庫流量的前提下，裝設攔漂后增發電量421萬度/年；裝設擴大粗格柵后，可增發575萬度/年，經濟效溢顯著。同時，擴大粗格柵使河內污物的影響得到了長期有效的解決，大幅減少清污維護等工作量，同時，保持華口電廠上游水庫這道美麗的風景線。