對(duì)水電廠攔污柵長(zhǎng)期安全有效運(yùn)行方法的探討

摘要：攔污柵是設(shè)在水電站進(jìn)水口前，用于阻攔水流攜帶的水草、漂木、垃圾等雜物的框柵式結(jié)構(gòu)，一般由鋼材機(jī)構(gòu)制造，柵條的間距取決于水輪機(jī)型號(hào)及尺寸，以保證通過(guò)攔污柵的污物不會(huì)卡在水輪機(jī)過(guò)流部件中為準(zhǔn)，能有效攔截大型漂浮物如樹(shù)干、漁網(wǎng)等進(jìn)入引水鋼管對(duì)水輪機(jī)導(dǎo)葉造成撞擊或是纏繞。其是一種剛性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝且攔污性能優(yōu)越的裝置。由于大型水電站進(jìn)水口攔污柵大部分在水下，對(duì)于沉木和半沉木以及大面積的漁網(wǎng)堆積堵塞攔污柵情況無(wú)法進(jìn)行有效的監(jiān)視，鑒于攔污柵堵塞問(wèn)題的嚴(yán)重性和目前無(wú)法有效對(duì)入水部分的堵塞情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，本文就對(duì)如何發(fā)現(xiàn)攔污柵堵塞，防止、減輕堵塞情況，以及其如何及時(shí)有效清理堵塞物的方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：水電廠? 攔污柵清污? 攔污柵? 改造

Abstract： The trash rack is a frame structure set in front of the water inlet of the hydropower station to block the water， grass， driftwood， garbage and other sundries carried by the water flow. Generally， it is made of steel institutions. The spacing of grid bars depends on the model and size of the turbine， so as to ensure that the dirt passing through the trash rack will not be stuck in the flow passage parts of the turbine. It can effectively intercept large floating objects such as tree trunks and fishing nets into the diversion steel pipe， causing collision or winding of the turbine guide vane. It is a device which has the advantages of good rigidity， simple structure， easy installation and excellent dirt-stopping performance. Since most of the trash rack in the intake of large hydropower stations is under water， there is no effective monitoring method for the blockage of the trash rack caused by the accumulation of submerged logs and semi-submerged logs as well as large areas of fishing nets， in view of the seriousness of trash rack clogging and the current inability to effectively carry out the part of the real-time monitoring of clogging. This paper discusses how to find and prevent the blockage of trash rack， how to reduce the blockage and how to clear the blockage in time and effectively.

Key Words： Hydropower plant; Trash rack cleaning; Trash rack; Transformation

位于烏江河下游的構(gòu)皮灘水電站，每年有幾萬(wàn)立方米木材過(guò)壩，木材卡在攔污柵前面必須待機(jī)組停機(jī)后開(kāi)鐵船過(guò)去人工清理。當(dāng)處于汛期時(shí)，停機(jī)機(jī)會(huì)少，分散來(lái)的漂木被截留在水庫(kù)中，使許多圓木由漂木變?yōu)槌聊竞桶氤聊荆降綌r污柵上，堵塞、撞擊攔污柵柵條對(duì)整個(gè)柵體造成巨大的壓力，給電廠的安全運(yùn)行造成極大的威脅。攔污柵是水輪機(jī)組的唯一防護(hù)設(shè)施，直接關(guān)系著機(jī)組的安危[1]。葛洲壩水電站也曾經(jīng)發(fā)生攔污柵堵塞造成發(fā)電機(jī)出力受損而被迫停機(jī)的事故，特別是高水頭水電站，一旦攔污柵因堵塞引起憋壓可能使攔污柵變形損壞，甚至沖毀攔污柵使其掉入引水管路，從而進(jìn)入蝸殼、水輪機(jī)導(dǎo)葉造成長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)組停運(yùn)。

1攔污柵的清理方式

1.1人工清污

一般柵前水位較淺，過(guò)柵流速慢的小型工程攔污柵。由人工使用耙齒直接在攔污柵上把污物撈起或用竹筏、木船到柵前清理污物。當(dāng)水面清污有困難時(shí)，也可采用潛水員潛入柵前清理污物。但是對(duì)于高水頭大型水電站此方法不合適。一是效率太低，二是有的打撈物太過(guò)沉重?zé)o法人工打撈[2]。

1.2提柵清污

具備提柵清污條件時(shí)，將攔污柵提升至平臺(tái)，人工清理污物。污物較多的水庫(kù)可在進(jìn)水口設(shè)置兩道垂直攔污柵，第一道是主柵，第二道是放置在平臺(tái)上的副柵，當(dāng)主柵需要清污時(shí)，把副柵放入進(jìn)水口工作，主柵放置在平臺(tái)上進(jìn)行清污。這類(lèi)為目前主流清污方式（見(jiàn)圖1）

1.3機(jī)械清污

機(jī)械清污指使用清污機(jī)將污物從柵面撈起來(lái)，它適用于各種類(lèi)型的電站和不同類(lèi)型的污物，效率高，能節(jié)省大量的勞動(dòng)力，且適用面廣，能夠在動(dòng)水條件下工作，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的清污機(jī)是耙斗式清污機(jī)和回轉(zhuǎn)式清污機(jī)[3]。

2 攔污柵的檢查

攔污柵污物累積情況檢查一般可通過(guò)定期檢測(cè)攔污柵前后壓差的方法間接了解，也可以采用水下電視檢查。柵體檢查一般結(jié)合提柵清污進(jìn)行。

檢查內(nèi)容一般包括：（1）柵體銹蝕情況;（2）柵條是否完好;（3）支承框架有無(wú)變形;（4）吊耳及連接是否完好等。

3 攔污柵的缺陷處理

攔污柵的缺陷通常由于污物堆積、振動(dòng)、銹蝕等造成，例如柵條的變形及脫落、支承框架變形，以及銷(xiāo)軸銹死、焊縫開(kāi)裂等。由于大量污物堆積在攔污柵上而造成柵條和支承框架變形，采用機(jī)械矯正和熱矯正法進(jìn)行處理，變形嚴(yán)重時(shí)應(yīng)予報(bào)廢更換新件。

4 有效檢測(cè)攔污柵堵塞情況的改進(jìn)措施

目前構(gòu)皮灘發(fā)電廠采用的提柵清污方式，對(duì)攔污柵堵塞情況監(jiān)視的手段是通過(guò)壓力傳感器上送數(shù)據(jù)到監(jiān)控，當(dāng)機(jī)組進(jìn)水口攔污柵壓差超過(guò)規(guī)定上限值說(shuō)明攔污柵堵塞，只能聯(lián)系停機(jī)檢修清污。對(duì)攔污柵水下部分的雜物堆積情況以及對(duì)銹蝕、柵體上吸附的貝殼數(shù)量多少等現(xiàn)象無(wú)法有效觀測(cè)。如遇汛期小區(qū)暴雨造成庫(kù)區(qū)水位大幅度增長(zhǎng)，引起漂浮物突然增加，有可能造成攔污柵堵塞造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)[4]。

4.1使用回轉(zhuǎn)式攔污柵

將攔污柵一片片地插入組合成水車(chē)樣式的回轉(zhuǎn)攔污柵，根據(jù)觀察到的來(lái)漂浮物情況和壓差變化情況定期回轉(zhuǎn)，將堵塞物帶到地面清理，并方便對(duì)攔污柵進(jìn)行受損情況檢查，能有效地保證攔污柵隨時(shí)處于可控的堵塞程度，使攔污柵處于少量堵塞的健康狀態(tài)。回轉(zhuǎn)軸上攔污柵數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)置，可以是2片攔污柵也可以是3片攔污柵，攔污柵和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用組合方式，便于取下，如遇大型漂浮物撞擊攔污柵造成損壞也可以快速地切換到完好的攔污柵。此種結(jié)構(gòu)適用于大型調(diào)峰調(diào)頻水電站長(zhǎng)期不停機(jī)情況下，將因攔污柵堵塞造成的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)情況降到最低。此種方法對(duì)回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求較大，并且需要給回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)找一個(gè)穩(wěn)固的基座，后期改造工程較大，耗資大（參考圖2）。

4.2 增加水電站攔污柵清污機(jī)

清污機(jī)結(jié)構(gòu)類(lèi)似于在斜向安裝的攔污柵表面加裝了一個(gè)商場(chǎng)的手扶電梯，通過(guò)把樓梯部位更換為反向朝上釘耙狀結(jié)構(gòu)，定期啟動(dòng)把攔污柵從底部積累的各種雜物運(yùn)送出水面送到傳送帶運(yùn)走，能有效保持?jǐn)r污柵的清潔。以抓斗式清污機(jī)、齒耙式清污作為水電站清污機(jī)型。

水電站在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，有特定的水頭、流速、流量、水流品質(zhì)等的核心參數(shù)要求。水電站在發(fā)電運(yùn)行中，面對(duì)的是體積、形狀、重量各不相同的不同種類(lèi)的水體垃圾，水電站清污機(jī)面的工作要求和制造難度是所有清污機(jī)中最高的，屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。根據(jù)不同流域、不同環(huán)境、不同水電站專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、制作，為老電站技改提供可能性（見(jiàn)圖3）。

4.3通過(guò)水庫(kù)調(diào)度減少攔污柵的堵塞

主動(dòng)停機(jī)避開(kāi)漂浮物集控出現(xiàn)的堵峰。堵峰進(jìn)庫(kù)期間，攔污柵堵塞嚴(yán)重，壓差上升較快，清理過(guò)后很快再次堵塞，常因壓差過(guò)大機(jī)組被迫停機(jī)。被迫停機(jī)后進(jìn)行清堵或理攔污柵局部損壞檢查耗時(shí)較多，發(fā)電量損失也較大。采取主動(dòng)停機(jī)，避開(kāi)堵峰，使機(jī)組攔污柵在堵峰進(jìn)庫(kù)期間處于不堵或少堵?tīng)顟B(tài)，堵峰過(guò)后，機(jī)組投入運(yùn)行[5-6]。

對(duì)集控來(lái)堵塞物時(shí)間段進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)堵峰預(yù)報(bào)。為了較少攔污柵堵塞，要求水庫(kù)調(diào)度工作不僅調(diào)水，還要調(diào)堵塞物。開(kāi)展堵塞物觀察，進(jìn)行堵峰預(yù)報(bào)。根據(jù)水庫(kù)水位起伏情況建立堵峰曲線表格，便于制訂對(duì)攔污柵定期水下檢查的計(jì)劃。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家碳中和計(jì)劃的出臺(tái)，使作為清潔能源開(kāi)發(fā)的水電廠得到快速發(fā)展。大型和超大型水電廠陸續(xù)建設(shè)中，對(duì)攔污柵也提出了更加嚴(yán)格的要求。雖然攔污柵看似不起眼，不如發(fā)電機(jī)水輪機(jī)這么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，卻是保證水能清潔和保護(hù)蝸殼導(dǎo)葉的第一道屏障。智能化、冗余配置的攔污柵是將來(lái)大型水電廠能長(zhǎng)期高效運(yùn)行的重要保障設(shè)備之一。

參考文獻(xiàn)

[1]湯文祥.大型泵站攔污柵設(shè)備的運(yùn)行管理及其維護(hù)[J].品牌研究，2020（30）：115-116.

[2]羅芳貴，朱杰，王業(yè)宇，等.大型泵站攔污柵設(shè)備的運(yùn)行管理與維護(hù)[J].設(shè)備管理與維修，2018（23）：19-20.

[3]李凌.水電廠進(jìn)水口浮式攔污排主繩斷絲超標(biāo)處理[J].紅水河，2018，37（3）：94-97.

[4]王秋繹.攔污柵柵條流場(chǎng)特征和共振分析[D].大連：大連理工大學(xué)，2020.

[5]劉地.泵站漂浮物運(yùn)動(dòng)、攔截與過(guò)柵及進(jìn)泵纏堵研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2020.

[6]王森.關(guān)于蚌埠閘水電站攔污柵防阻塞技術(shù)的研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（7）：117-118.

作者簡(jiǎn)介：唐啟明（1987—），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)殡姎夤こ獭?/p>

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