對水電廠攔污柵長期安全有效運行方法的探討

摘要：攔污柵是設(shè)在水電站進水口前，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)，一般由鋼材機構(gòu)制造，柵條的間距取決于水輪機型號及尺寸，以保證通過攔污柵的污物不會卡在水輪機過流部件中為準，能有效攔截大型漂浮物如樹干、漁網(wǎng)等進入引水鋼管對水輪機導(dǎo)葉造成撞擊或是纏繞。其是一種剛性好、結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝且攔污性能優(yōu)越的裝置。由于大型水電站進水口攔污柵大部分在水下，對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法進行有效的監(jiān)視，鑒于攔污柵堵塞問題的嚴重性和目前無法有效對入水部分的堵塞情況進行實時監(jiān)督，本文就對如何發(fā)現(xiàn)攔污柵堵塞，防止、減輕堵塞情況，以及其如何及時有效清理堵塞物的方法進行探討。

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，每年有幾萬立方米木材過壩，木材卡在攔污柵前面必須待機組停機后開鐵船過去人工清理。當處于汛期時，停機機會少，分散來的漂木被截留在水庫中，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、撞擊攔污柵柵條對整個柵體造成巨大的壓力，給電廠的安全運行造成極大的威脅。攔污柵是水輪機組的唯一防護設(shè)施，直接關(guān)系著機組的安危[1]。葛洲壩水電站也曾經(jīng)發(fā)生攔污柵堵塞造成發(fā)電機出力受損而被迫停機的事故，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，從而進入蝸殼、水輪機導(dǎo)葉造成長時間的機組停運。

1攔污柵的清理方式

1.1人工清污

一般柵前水位較淺，過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。當水面清污有困難時，也可采用潛水員潛入柵前清理污物。但是對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沉重無法人工打撈[2]。

1.2提柵清污

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

1.3機械清污

機械清污指使用清污機將污物從柵面撈起來，它適用于各種類型的電站和不同類型的污物，效率高，能節(jié)省大量的勞動力，且適用面廣，能夠在動水條件下工作，應(yīng)用越來越廣泛。目前，國內(nèi)常見的清污機是耙斗式清污機和回轉(zhuǎn)式清污機[3]。

2 攔污柵的檢查

攔污柵污物累積情況檢查一般可通過定期檢測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、銹蝕等造成，例如柵條的變形及脫落、支承框架變形，以及銷軸銹死、焊縫開裂等。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，采用機械矯正和熱矯正法進行處理，變形嚴重時應(yīng)予報廢更換新件。

4 有效檢測攔污柵堵塞情況的改進措施

目前構(gòu)皮灘發(fā)電廠采用的提柵清污方式，對攔污柵堵塞情況監(jiān)視的手段是通過壓力傳感器上送數(shù)據(jù)到監(jiān)控，當機組進水口攔污柵壓差超過規(guī)定上限值說明攔污柵堵塞，只能聯(lián)系停機檢修清污。對攔污柵水下部分的雜物堆積情況以及對銹蝕、柵體上吸附的貝殼數(shù)量多少等現(xiàn)象無法有效觀測。如遇汛期小區(qū)暴雨造成庫區(qū)水位大幅度增長，引起漂浮物突然增加，有可能造成攔污柵堵塞造成機組非計劃停運[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樣式的回轉(zhuǎn)攔污柵，根據(jù)觀察到的來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，并方便對攔污柵進行受損情況檢查，能有效地保證攔污柵隨時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)?；剞D(zhuǎn)軸上攔污柵數(shù)量可以根據(jù)實際情況自行設(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)頻水電站長期不停機情況下，將因攔污柵堵塞造成的機組非計劃停運情況降到最低。此種方法對回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的強度要求較大，并且需要給回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)找一個穩(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

清污機結(jié)構(gòu)類似于在斜向安裝的攔污柵表面加裝了一個商場的手扶電梯，通過把樓梯部位更換為反向朝上釘耙狀結(jié)構(gòu)，定期啟動把攔污柵從底部積累的各種雜物運送出水面送到傳送帶運走，能有效保持攔污柵的清潔。以抓斗式清污機、齒耙式清污作為水電站清污機型。

水電站在設(shè)計和運行中，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)電運行中，面對的是體積、形狀、重量各不相同的不同種類的水體垃圾，水電站清污機面的工作要求和制造難度是所有清污機中最高的，屬于非標準設(shè)計。根據(jù)不同流域、不同環(huán)境、不同水電站專門設(shè)計、制作，為老電站技改提供可能性（見圖3）。

4.3通過水庫調(diào)度減少攔污柵的堵塞

主動停機避開漂浮物集控出現(xiàn)的堵峰。堵峰進庫期間，攔污柵堵塞嚴重，壓差上升較快，清理過后很快再次堵塞，常因壓差過大機組被迫停機。被迫停機后進行清堵或理攔污柵局部損壞檢查耗時較多，發(fā)電量損失也較大。采取主動停機，避開堵峰，使機組攔污柵在堵峰進庫期間處于不堵或少堵狀態(tài)，堵峰過后，機組投入運行[5-6]。

對集控來堵塞物時間段進行觀測，對堵峰預(yù)報。為了較少攔污柵堵塞，要求水庫調(diào)度工作不僅調(diào)水，還要調(diào)堵塞物。開展堵塞物觀察，進行堵峰預(yù)報。根據(jù)水庫水位起伏情況建立堵峰曲線表格，便于制訂對攔污柵定期水下檢查的計劃。

5 結(jié)語

隨著國家碳中和計劃的出臺，使作為清潔能源開發(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，對攔污柵也提出了更加嚴格的要求。雖然攔污柵看似不起眼，不如發(fā)電機水輪機這么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，卻是保證水能清潔和保護蝸殼導(dǎo)葉的第一道屏障。智能化、冗余配置的攔污柵是將來大型水電廠能長期高效運行的重要保障設(shè)備之一。

參考文獻

[1]湯文祥.大型泵站攔污柵設(shè)備的運行管理及其維護[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)備的運行管理與維護[J].設(shè)備管理與維修，2018（23）：19-20.

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

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

[5]劉地.泵站漂浮物運動、攔截與過柵及進泵纏堵研究[D].揚州：揚州大學，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].科學技術(shù)創(chuàng)新，2019（7）：117-118.

作者簡介：唐啟明（1987—），男，本科，助理工程師，研究方向為電氣工程。

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