高寒高海拔水電站樞紐防寒過(guò)冬問(wèn)題及解決方案

楊橋春

(甘肅電投大容電力有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 電站基本情況

朱岔峽水電站是大通河青崗峽至金沙峽河段水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第3級(jí)電站，該水電站為徑流引水式電站，總裝機(jī)容量為34 MW，年利用小時(shí)數(shù)為4 218 h，年平均發(fā)電量約為1.434億kW h。水庫(kù)正常蓄水位為2 211.00 m，設(shè)計(jì)洪水位為2 210.50 m，校核洪水位為2 211.20 m。泄水建筑物包括1孔泄洪沖砂閘和5孔泄洪閘，其中，1孔泄洪沖砂閘布置在河床左岸，5孔泄洪閘布置在1孔泄洪沖砂閘的緊右側(cè)。

該水電站所處地理環(huán)境具有典型的內(nèi)陸型氣候的特點(diǎn)，海拔高約2 200 m，冬長(zhǎng)暑短，晝夜溫差大，多年平均溫度為3 ℃，多年極端最低溫度為-28.3 ℃，最大凍土深度為1.48 m，且在冰雪消融時(shí)大通河存在冰凌現(xiàn)象。

2 冬季運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題

每年11月1日至次年3月31日，朱岔峽水電站進(jìn)入冬季運(yùn)行期，其中每年12月15日至次年3月15日為防寒過(guò)冬的主要階段。

(1) 在冬季運(yùn)行期，由于水電站樞紐所處地理位置及地形的特殊原因，其日照時(shí)間極短、所受風(fēng)力較強(qiáng)，因此氣溫較周邊地區(qū)更低，最低約維持在 -16 ℃。

(2) 在冬季運(yùn)行期，水庫(kù)內(nèi)結(jié)冰厚度將逐步增加至2～3 m，形成大范圍冰蓋，導(dǎo)致電站5孔泄洪平板閘門(mén)全部被冰凍住，無(wú)法進(jìn)行啟閉操作。

(3) 在冬季運(yùn)行期，由于上游其他電站為開(kāi)展經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作，每日分時(shí)段間歇性放水發(fā)電，造成下泄流量間歇性變化，最大泄流量為50 m3/s、最小泄流量為0，導(dǎo)致電站入庫(kù)流量極不穩(wěn)定。且由于電站庫(kù)容較小，流量波動(dòng)時(shí)冰蓋最高將被抬高至1.5 m以上，當(dāng)來(lái)水量較大或電站機(jī)組故障時(shí)，由于閘門(mén)無(wú)法啟閉造成溢流，閘門(mén)與壩體間產(chǎn)生的涌冰凍結(jié)將堵塞閘門(mén)與壩體之間的間隙，長(zhǎng)時(shí)間可能會(huì)造成水漫大壩的嚴(yán)重事故。

(4) 由于冬季時(shí)冰蓋會(huì)覆蓋整個(gè)庫(kù)區(qū)，無(wú)法使用水尺進(jìn)行水位觀測(cè)。并且由于庫(kù)區(qū)冰面厚達(dá)2 m，相關(guān)自動(dòng)傳感器已被凍結(jié)在冰面中，無(wú)法正確反饋實(shí)時(shí)水位情況，嚴(yán)重影響電站安全運(yùn)行。

（5） 由于上游調(diào)水導(dǎo)致河道內(nèi)的碎冰較多，進(jìn)水口攔污柵柵體被冰凌堵塞后結(jié)冰厚度約5 m，因柵槽完全被冰封凍，無(wú)法提柵開(kāi)展清冰工作。攔污柵掛冰嚴(yán)重時(shí)攔污柵過(guò)水量?jī)H為10～15 m3/s，造成機(jī)組發(fā)電流量不足，無(wú)法開(kāi)機(jī)發(fā)電；強(qiáng)制帶負(fù)荷則會(huì)造成攔污柵壓差劇增，隧洞進(jìn)氣，機(jī)組運(yùn)行工況變差，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，當(dāng)上游來(lái)水量超過(guò)15 m3/s時(shí)，只能選擇棄水。

3 采取的措施

由于上述原因，該水電站探索出一套適合高寒高海拔水電站的《防寒過(guò)冬方案》，對(duì)電站樞紐冬季運(yùn)行水位、沖沙閘、進(jìn)水口封堵措施進(jìn)行了明確規(guī)定，有效保證了電站的冬季安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(1) 樞紐庫(kù)區(qū)架設(shè)有交通橋1座，在冬季，為保證樞紐交通橋安全，將樞紐水位降低1 m，控制在2 210.00～2 210.50 m(樞紐混凝土橋底面高程為2 211.70 m)，使其形成穩(wěn)定冰蓋。在冬季運(yùn)行期，通過(guò)及時(shí)調(diào)整運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷或開(kāi)停機(jī)組，確保冰蓋穩(wěn)定；嚴(yán)格控制庫(kù)區(qū)水位在規(guī)定區(qū)間內(nèi)變化，防止冰面上漲造成冰面與壩面底部封死或冰面下降造成庫(kù)區(qū)涌冰。將庫(kù)區(qū)冰面上限的控制作為防寒重點(diǎn)工作(冬季運(yùn)行時(shí)嚴(yán)格控制庫(kù)區(qū)冰面在2 211.50 m高程以下)，以防止涌冰造成樞紐交通橋受力傾斜。

(2) 每年11月初將沖沙閘門(mén)檢修門(mén)放入檢修閘門(mén)門(mén)槽內(nèi)，并深入水面以下約1.0 m，以阻擋庫(kù)區(qū)大面積冰塊，防止大面積冰塊對(duì)沖沙閘造成較大的當(dāng)面壓力，致使沖沙閘在冬季無(wú)法正常提落；對(duì)沖沙閘門(mén)槽及門(mén)后進(jìn)行封堵加熱，以防沖沙閘門(mén)槽及底部間隙結(jié)冰，保證沖沙閘在來(lái)水量較大的情況下能正常啟閉。

(3) 每年11月初對(duì)進(jìn)水口攔污柵進(jìn)行1次徹底清理，以減少冰凌掛在攔污柵上的機(jī)會(huì)，減緩攔污柵掛冰的速度；每年11月初提出副攔污柵并鎖于平臺(tái)上。

(4) 每年11月初對(duì)樞紐進(jìn)水口進(jìn)行以下封堵工作。

① 用20 mm厚棉簾封堵進(jìn)水口主、副攔污柵柵槽、事故閘門(mén)門(mén)槽、隧洞排氣孔。

② 在進(jìn)水口觀察孔四周每隔500 mm打Φ20膨脹螺栓，對(duì)稱(chēng)交叉拉Φ8鍍鋅鋼絲繩，形成支撐網(wǎng)，并在支撐網(wǎng)上覆蓋20 mm厚的棉簾用于封堵，同時(shí)將棉簾四周固定在膨脹螺栓上。

③ 從樞紐配電室引出1根3×25 mm2+1×16 mm2的4芯電纜至進(jìn)水口作為加熱電源，在3個(gè)副攔污柵孔內(nèi)各加裝1組朝向主攔污柵背面的碘鎢燈進(jìn)行加熱(每組9盞)，每組碘鎢燈都加裝相應(yīng)的控制開(kāi)關(guān)，根據(jù)溫度情況進(jìn)行投退。通過(guò)加熱，可緩解主攔污柵背面掛冰現(xiàn)象。

4 取得的效果

(1) 實(shí)施《防寒過(guò)冬方案》后，電站水位較往年降低1 m運(yùn)行，嚴(yán)格控制在2 210.00～2 210.50 m，有效防止了冰面上漲造成冰面與壩面底部封死，或冰面下降造成庫(kù)區(qū)涌冰的現(xiàn)象，確保了樞紐交通橋及大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(2) 由于上游電站無(wú)序泄水現(xiàn)象較頻繁，電站運(yùn)行值班人員及時(shí)與上游電站溝通判斷實(shí)際來(lái)水量、入庫(kù)時(shí)間等，并制訂下發(fā)了《冬季樞紐水位運(yùn)行規(guī)定》。通過(guò)提前開(kāi)停機(jī)組或調(diào)整負(fù)荷，確保水量的充分利用，提高了電站的發(fā)電效率。

(3) 樞紐溫度低于-25 ℃，會(huì)造成沖沙閘門(mén)因門(mén)槽結(jié)冰而無(wú)法正常提起。電站通過(guò)在沖沙閘前后懸掛棉門(mén)簾，并加裝火爐取暖等保溫措施，使沖砂閘門(mén)在冬季也完全具備啟閉能力，有效保證了冬季電站樞紐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(4) 電站通過(guò)對(duì)樞紐進(jìn)水口主、副攔污柵柵槽、事故閘門(mén)門(mén)槽、隧洞排氣孔采取全面封堵并加熱等措施，基本消除了攔污柵背面掛冰的現(xiàn)象。在冬季運(yùn)行期間，攔污柵未因冰凌堵塞而出現(xiàn)流量不足的情況。

(5) 通過(guò)與2013年水情、電量數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，朱岔峽水電站在2014年11月至12月，未發(fā)生遺棄水量現(xiàn)象，水量利用率達(dá)到了100 %，發(fā)電量較2013年同期增加了104萬(wàn)kW h，防寒過(guò)冬措施效果極為顯著。