水電站冬季運(yùn)行遇到的問(wèn)題及對(duì)策

吳小靜

( 新疆伊犁河流域開(kāi)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(yùn)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?yàn)闁|西向，前池及壓力鋼管走向?yàn)槟媳毕颍谇琅c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(zhǎng)6 209 m，尾水渠長(zhǎng)2 375 m，壓力管道長(zhǎng)2 020 m，電站壓力前池正常運(yùn)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(jì)水頭154．3 m，裝機(jī)容量132 MW，年發(fā)電量6．68 億kW·h，年利用小時(shí)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(rùn)、晝夜溫差大等特征。該工程附近有氣象站，設(shè)計(jì)主要依據(jù)氣象站觀測(cè)資料。經(jīng)統(tǒng)計(jì)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?yàn)閃NW。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(jì)算洪溝設(shè)計(jì)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(jì)表 ℃

3 冬季運(yùn)行情況

該電站首個(gè)冬季運(yùn)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(shí)，渠道開(kāi)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(kāi)始出現(xiàn)大面積結(jié)冰，通過(guò)調(diào)配挖掘機(jī)等設(shè)備及時(shí)破冰、輸冰，并開(kāi)啟排冰閘等措施尚且可將渠道浮冰排除。2012年1月18日開(kāi)始，由于全球性寒潮入侵，氣溫降至－20 ℃以下，渠道全天開(kāi)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(zhǎng)度約5 km，部分水位抬升。1月22日最低氣溫達(dá)到－29 ℃，冰蓋長(zhǎng)度連續(xù)約25 km，部分水位超校核洪水位，冰情嚴(yán)重致使電站停產(chǎn)。

4 存在的問(wèn)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(dòng)冰凌壅塞現(xiàn)象，影響渠道安全運(yùn)行。較大的冰凌通過(guò)彎道、橋、分水閘、節(jié)制閘以及渡槽等部位時(shí)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(kuò)展，影響排冰。攔冰鎖處過(guò)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(kuò)大，氣溫驟降時(shí)，極易形成大面積冰蓋。

3) 通過(guò)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(wú)法正常運(yùn)行，影響發(fā)電。當(dāng)氣溫較低時(shí)，通過(guò)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(wú)法啟動(dòng)。

4) 溜冰槽雜物、碎冰堆積現(xiàn)象嚴(yán)重。由于溜冰槽水平段設(shè)計(jì)的坡度較小，清淤泵流量不足，無(wú)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(guò)人工進(jìn)行清理，尤其到了春秋兩季雜草較多，給清理工作帶來(lái)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(huì)繼續(xù)堆積、凍結(jié)，并逐漸向上擴(kuò)展，直至溜冰槽被雜物、冰塊淤滿，無(wú)法繼續(xù)排草、排冰。

5)排冰閘、事故閘門(mén)及排沙洞閘門(mén)易與導(dǎo)軌凍結(jié)，影響閘門(mén)動(dòng)作。排冰閘、沖砂閘在氣溫較低時(shí)，由于門(mén)后滲水逐漸結(jié)冰導(dǎo)致門(mén)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(mén)在氣溫較低時(shí)，水位變化區(qū)四周凍結(jié)，無(wú)法啟動(dòng)。

6) 排沙洞閘門(mén)開(kāi)啟泄流時(shí)，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(zhǎng)引水式電站防冰是水電工程中一項(xiàng)普遍性的問(wèn)題，且各工程情況不一，解決難度較大，往往是隨工程運(yùn)行逐漸總結(jié)，逐步完善。結(jié)合本工程情況，運(yùn)行管理人員加強(qiáng)巡視，對(duì)渠系建筑物及彎道處的冰堵現(xiàn)象及時(shí)排除，如有條件，在橋柱混凝土表面及對(duì)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(hù)涂料，可涂刷不同廠家和不同品種的材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，比較效果的好壞。對(duì)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(bǔ)，在采用高韌性環(huán)氧砂漿修補(bǔ)的基礎(chǔ)上表層增加使用SK－EC 高韌性環(huán)氧防護(hù)涂層。對(duì)于冬季運(yùn)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(guò)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(yùn)行的引水渠道上，應(yīng)優(yōu)化排冰閘與電站進(jìn)口的布置形式( 縮小排冰閘與電站進(jìn)口間的過(guò)水?dāng)嗝妫３炙髋c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(duì)攔污柵轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加熱，并且對(duì)前池?cái)r污柵上部進(jìn)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(yùn)行環(huán)境。保溫房下游側(cè)可直接利用電站進(jìn)水口啟閉機(jī)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(shí)，可臨時(shí)拆除屋頂進(jìn)行設(shè)備起吊。在保溫房?jī)?nèi)安裝暖氣，利用前池安裝一臺(tái)蒸汽鍋爐，對(duì)保溫房進(jìn)行采暖加熱，提高回轉(zhuǎn)清污機(jī)周邊的環(huán)境溫度。在清污機(jī)上游側(cè)安裝噴蒸汽管道，需要時(shí)可直接對(duì)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(jī)運(yùn)行環(huán)境和結(jié)冰情況得到改善，但因保溫房在水流進(jìn)口和溜冰槽位置無(wú)法完全封閉，遇大風(fēng)天氣，室內(nèi)熱量會(huì)消散較快，因此還需要進(jìn)一步完善。同時(shí)，對(duì)柵條直接噴蒸汽可能會(huì)導(dǎo)致屋內(nèi)房頂及墻體形成冰滴或冰掛。

4) 對(duì)于溜冰槽排冰、排草不暢可采用增加清淤流量、揚(yáng)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(tái)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(bǔ)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(duì)溜冰槽內(nèi)壁涂刷高韌性環(huán)氧防護(hù)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(duì)于冬季氣溫較低時(shí)，沖沙洞出口增加棉簾保溫，電站進(jìn)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(mén)提起鎖定時(shí)應(yīng)露出水面以上，通氣孔應(yīng)設(shè)計(jì)在室外。

6) 當(dāng)排沙洞水流流速過(guò)高，出口泄流直接頂沖排冰排沙槽邊墻時(shí)，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(yǔ)

根據(jù)該冬季運(yùn)行引水式電站的運(yùn)行情況來(lái)看，冬季運(yùn)行的渠道一旦出現(xiàn)冰凌、冰塊及冰蓋，就會(huì)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(yùn)行的被動(dòng)手段，重點(diǎn)應(yīng)是解決渠道生冰問(wèn)題，對(duì)水體進(jìn)行增溫，或增設(shè)機(jī)械破冰、排冰措施。同時(shí)建議在渠道一側(cè)增設(shè)監(jiān)控設(shè)備及水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，做到24 h 全天候監(jiān)測(cè)，隨時(shí)監(jiān)控渠道運(yùn)行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)水位升高等異常情況，及時(shí)進(jìn)行處理，確保渠道運(yùn)行安全。在冬季運(yùn)行過(guò)程中，渠道兩側(cè)邊坡濕滑，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷陌踩麄鞴ぷ?，避免發(fā)生人身及財(cái)產(chǎn)損失，并應(yīng)教育當(dāng)?shù)厝罕?，?yán)禁向渠道內(nèi)傾倒垃圾、拋雜物。

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

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