洼垴水電站增設(shè)前池?cái)r污柵清污機(jī)方案與實(shí)施效果分析

張祥瑞

(西昌安寧河洼垴水電開(kāi)發(fā)有限公司， 四川 西昌　615000)

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洼垴水電站增設(shè)前池?cái)r污柵清污機(jī)方案與實(shí)施效果分析

張祥瑞

(西昌安寧河洼垴水電開(kāi)發(fā)有限公司， 四川 西昌615000)

洼垴水電站是一座以發(fā)電為主、兼灌溉的中型水利水電工程。工程建成后，由于前池?cái)r污柵無(wú)清污設(shè)備，水流中的垃圾堵塞攔污柵，水電站建成后采用人工清污，清污效果差且需要停機(jī)清污，嚴(yán)重影響機(jī)組發(fā)電效率。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研和結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)水電站前池?cái)r污柵進(jìn)行改造后安裝了浮動(dòng)自加壓式耙斗清污機(jī)，改變了水電站前池?cái)r污柵垃圾堵塞水頭影響發(fā)電的狀況，提高了發(fā)電效率。

洼垴水電站；清污機(jī)；實(shí)施；效果分析

1　工程概況

洼垴水電站位于雅礱江下游左岸支流安寧河中游下段西昌市境內(nèi)，為安寧河干流規(guī)劃中的第8級(jí)水電站，也是西昌市境內(nèi)安寧河規(guī)劃的最末一級(jí)水電站，為明渠引水式發(fā)電工程，水電站總裝機(jī)容量3×11MW。工程由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐、送出工程等組成。首部樞紐采用“正向泄洪排沙，側(cè)向取水”的布置形式。攔河閘壩由5孔泄洪閘、2孔沖沙閘和左右岸儲(chǔ)門槽壩段組成，閘壩總長(zhǎng)約110m，壩頂高程1465.80m，最大閘高15.3m；引水系統(tǒng)包括進(jìn)水閘、引水渠道、壓力前池和壓力鋼管等建筑物；廠房樞紐主要包括地面廠房、尾水渠和開(kāi)關(guān)站等建筑物。電站利用水頭26.5m,設(shè)計(jì)發(fā)電水頭24.5m。

2　改造前電站清污設(shè)備狀況

洼垴水電站為無(wú)壓引水式電站，引水渠道長(zhǎng)3571.105m，在渠道首部進(jìn)水閘前端，設(shè)有攔污柵(柵條間距12cm)及回轉(zhuǎn)式清污機(jī)。在發(fā)電廠房壓力鋼管取水口前設(shè)有攔污柵(柵條間距7cm)。由于前池?cái)r污柵無(wú)清污機(jī)，在取水過(guò)程中，大量的河道漂浮物和垃圾在進(jìn)入首部取水口時(shí)被回轉(zhuǎn)式清污機(jī)清理到岸上。但河水中小于12cm的垃圾通過(guò)首部取水口攔污柵進(jìn)入到引水渠道里面，因通過(guò)首部樞紐取水口攔污柵的大部分為柔性的塑料袋、草根等，隨水流到前池?cái)r污柵后，大部分附著在前池?cái)r污柵上，造成前池?cái)r污柵前后水頭柵差過(guò)大。水電站運(yùn)行中，為解決前池?cái)r污柵前后水頭柵差過(guò)大的問(wèn)題，必須采用停機(jī)方式，由人工清污的方法來(lái)解決，而人工清除一臺(tái)攔污柵污物需要停機(jī)8～12h左右。

前池?cái)r污柵附著的渣物對(duì)發(fā)電效益的影響主要如下：

a.停機(jī)清理攔污柵時(shí)的停機(jī)損失。根據(jù)2010—2013年運(yùn)行期的統(tǒng)計(jì)，年平均因撈渣直接損失電量67萬(wàn)kW·h，見(jiàn)表1。

表1　因澇渣直接損失電量情況

另外，因攔污柵堵塞未能及時(shí)清渣、柵差過(guò)大而被迫減負(fù)荷在以往3年的運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)，此情況申請(qǐng)省調(diào)度減負(fù)荷不成功時(shí)將產(chǎn)生不合格電量，進(jìn)一步影響電站的經(jīng)濟(jì)效益。且柵差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致攔污柵前后壓差過(guò)大，影響電站生產(chǎn)安全。撈渣作業(yè)必須啟停機(jī)配合，從而增加開(kāi)停機(jī)次數(shù)，增加機(jī)組、機(jī)械磨損。

b.攔污柵水頭損失，導(dǎo)致對(duì)發(fā)電量的影響損失。根據(jù)開(kāi)斯其曼公式(Δh=ζ×v2/2g)， 攔污柵的水頭損失Δh，與攔污柵水頭損失系數(shù)ζ和過(guò)柵的平均流速v有關(guān)。而負(fù)荷的變化會(huì)引起過(guò)柵平均流速v變化。負(fù)荷小，v就小，負(fù)荷大，v就大，因此攔污柵的水頭損失引起的電量損失，無(wú)法精確計(jì)算，只能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行估算，為此統(tǒng)計(jì)了2013年1—12月的負(fù)荷情況，對(duì)負(fù)荷情況按如下條件進(jìn)行了篩選：?當(dāng)日負(fù)荷介于20MW和33MW之間；?當(dāng)日無(wú)泄洪出流，水全部用于發(fā)電，無(wú)多余棄水。篩選后合計(jì)為2880h，在此時(shí)間段內(nèi)，按攔污柵未及時(shí)清污導(dǎo)致的攔污柵水頭損失為0.8m進(jìn)行估算，引起的發(fā)電損失約為388萬(wàn)kW·h。

c.清理攔污柵所付出的人工成本。按安排清理攔污柵發(fā)生的人工費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，每年前池安排人工撈渣人工費(fèi)用約為2.8萬(wàn)元。

d.損失匯總。根據(jù)以上分析，年發(fā)電量損失=直接損失電量+水頭損失電量=67+38=455萬(wàn)kW·h；因發(fā)電量損失導(dǎo)致的營(yíng)業(yè)收入損失=損失發(fā)電量×汛期上網(wǎng)電價(jià)/(1+增值稅率)=455×0.21/(1+17%)=81.7萬(wàn)元；因人工清污造成的總損失為81.7+2.8=84.5萬(wàn)元。

3　國(guó)內(nèi)目前清污機(jī)制造性能和應(yīng)用情況

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查和查閱相關(guān)資料，國(guó)內(nèi)目前清污機(jī)主要有回轉(zhuǎn)、耙斗、自動(dòng)抓脫梁、挖斗和抓斗等結(jié)構(gòu)型式。

各種清污機(jī)主要性能和應(yīng)用情況見(jiàn)表2。

4　洼垴水電站擬增設(shè)清污機(jī)方案比較

洼垴水電站前池?cái)r污柵為傾斜設(shè)計(jì)，攔污柵上的污物主要為樹(shù)枝、草根及薄膜等柔質(zhì)垃圾，根據(jù)國(guó)內(nèi)清污機(jī)制造情況及各電站的使用情況，使用回轉(zhuǎn)式清污機(jī)和耙斗式清污機(jī)可以清除水下攔污柵上附著的污物，以下是兩種清污機(jī)安裝方案比較。

表2　各種清污機(jī)主要性能和應(yīng)用情況

方案一：安裝回轉(zhuǎn)式清污機(jī)。需要在3臺(tái)機(jī)組壓力鋼管前的攔污柵上安裝，安裝臺(tái)數(shù)為3臺(tái)，并需要停機(jī)約一個(gè)月用于水下部位的施工。經(jīng)詢價(jià)，安裝回轉(zhuǎn)式清污機(jī)報(bào)價(jià)為308萬(wàn)元。

方案二：安裝自加壓耙斗式清污機(jī)(專利產(chǎn)品)。安裝1臺(tái)，利用軌道在3個(gè)取水口移動(dòng)行走即可覆蓋3個(gè)攔污柵的清污。需要將攔污柵提出水面進(jìn)行檢查和修整，以利于攔污柵柵條同清污機(jī)耙齒的配合，僅需要一次停機(jī)時(shí)間，停機(jī)時(shí)間約1d。報(bào)價(jià)為93萬(wàn)元，具有很高的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

經(jīng)比較后，采用了在前池處裝設(shè)自加壓耙斗式清污機(jī)1臺(tái)的方案。

5　安裝實(shí)施情況

2014年4月同生產(chǎn)廠家確定具體施工方案， 5月初進(jìn)場(chǎng)施工，施工中嚴(yán)格按照擬定的技術(shù)方案實(shí)施，整個(gè)施工安裝過(guò)程十分順利，施工中停機(jī)一次，停機(jī)約12h，整個(gè)安裝在6月底完成施工。

施工中發(fā)現(xiàn)和解決的問(wèn)題如下：

a.原攔污柵柵體分三塊制作，柵條間有約5cm的間隙沒(méi)有連在一起，進(jìn)行修補(bǔ)后，使刪條連接成一個(gè)整體，以利于耙斗耙齒同柵條的緊密配合。

b.增加調(diào)整了耙斗行走輪?wèn)艞l，保證耙斗在水下正常行走。

c.增加了攔污柵頂部到清污機(jī)的擋板，確保耙斗水下清理的污物順利出水和歸集。

6　安裝后的效果

a.安裝完成后，在機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電情況下，不停機(jī)進(jìn)行前池?cái)r污柵清理，未發(fā)現(xiàn)影響機(jī)組發(fā)電的不利情況，清理干凈后，柵前柵后水位差可降至60cm，比原來(lái)人工清污時(shí)柵差長(zhǎng)期保持在160～200cm降低較多，且清理1臺(tái)機(jī)僅需要4～5h左右。

b.新安裝的清污機(jī)采用遙控器控制，控制距離在50m左右，操作人員可以在安全的施工作業(yè)位置操作，徹底解決了人工清渣帶來(lái)的施工安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

c.在沒(méi)有多余發(fā)電水量的情況下，使用新安裝的清污機(jī)，提高了電站負(fù)荷曲線保證率，提高了發(fā)電質(zhì)量。

7　結(jié)　語(yǔ)

a.自加壓耙斗式清污機(jī)在洼垴水電站的使用是十分成功的，有效解決了前池?cái)r污柵柔性垃圾附著表面造成的水頭損失。

b.自加壓耙斗式清污機(jī)在洼垴水電站安裝后，每年可增加發(fā)電量約455萬(wàn)kW·h，企業(yè)營(yíng)業(yè)收入增加81.7萬(wàn)元，項(xiàng)目改造實(shí)施總投資利潤(rùn)率為87.8%，經(jīng)濟(jì)上是十分優(yōu)越的。

c.自加壓耙斗式清污機(jī)對(duì)沉在水下攔污柵表面的柔性垃圾清理效果非常好，在同類型水電站中可以優(yōu)先選用。

Analysis on the plan and implementation effect of additionally installing forebay trash rack remover in Wanao Hydropower Station

ZHANG Xiangrui

(XichangAnningRiverWanaoHydroelectricDevelopmentCo.,Ltd.,Xichang615000,China)

Wanao Hydropower Station is a medium-sized water conservancy and hydropower project which is based on power generation primarily and irrigation. After the project is constructed, since forebay trash rack is not equipped with trash removal equipment, garbage in the water flow blocks the trash rack. Manual work is adopted after the hydropower station is constructed, the trash removal effect is poor, and the machine should be halted for trash removal, thereby seriously affecting the unit power generation efficiency. After hydropower station forebay trash rack is transformed, floating self-pressurization scraper trash remover is installed according to market investigation and combining with engineering practice. The situation of blocking water head by the garbage of hydropower station forebay trash rack and affecting prower generation is changed. Power generation efficiency is improved.

Wanao Hydropower Station; trash remover; implementation; effect analysis

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.04.018

TV732.2

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1673-8241(2016)04- 0068- 03