肖國(guó)平

（祁陽(yáng)縣水利局 永州市 426100）

1 電站概況

祁陽(yáng)縣人民電站位于祁陽(yáng)縣肖家鎮(zhèn)栗木村，為低壩徑流引水式電站，建于1975年，電站基本參數(shù)：額定水頭為21.7 m，最大水頭為22.51 m，最小水頭為18.9 m，額定流量34 m3／s，裝機(jī)容量為4×1 500 kW，設(shè)計(jì)出力保證率為82%，多年平均發(fā)電量為2 212萬(wàn)kW·h。壓力管道采取單機(jī)單管，4根壓力管都帶有獨(dú)立進(jìn)水閘門(mén)和攔污柵，同時(shí)壓力前池入口安裝一套攔污柵。該站引水渠長(zhǎng)8 km，因電站集雨面積達(dá)812 km2，同時(shí)周邊聚集人口多，河道內(nèi)樹(shù)枝，雜物等污物較多，污物沿引水渠進(jìn)入壓力前池。導(dǎo)致常年攔污柵堵塞，攔污柵處水速已達(dá)1.9 m／s，柵前柵后落差達(dá)1 m以上，嚴(yán)重影響機(jī)組出力和安全運(yùn)行。

2 進(jìn)水口攔污柵水頭損失現(xiàn)狀及電站經(jīng)濟(jì)效益影響

人民電站原有攔污柵設(shè)計(jì)在前池進(jìn)口，斷面過(guò)小，此前攔污柵處正常工作狀態(tài)水速已達(dá)1.9 m／s。因?yàn)榱魉僮兛?，攔污柵更易發(fā)生堵塞,當(dāng)攔污柵被堵塞后，過(guò)流斷面減少，水流速度會(huì)繼續(xù)加大，造成水頭損失。

電站實(shí)際運(yùn)行中4臺(tái)機(jī)組導(dǎo)葉全開(kāi)，電站水頭從21.7 m減少到21.1 m左右，水頭損失0.6 m，洪水期甚至超過(guò)1 m以上。4臺(tái)機(jī)組都達(dá)不到額定出力（設(shè)計(jì)值為6 000 kW，只能發(fā)出5 400 kW），同時(shí)因?yàn)闄C(jī)組處于非優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行，振動(dòng)、噪音加大，影響機(jī)組運(yùn)行安全，降低機(jī)組使用壽命。更甚至因?yàn)樗^降低，流速增大，導(dǎo)致攔污柵被堵塞變形，曾出現(xiàn)過(guò)攔污柵倒塌報(bào)廢，造成停水停機(jī)。

根據(jù)歷年數(shù)據(jù)測(cè)算，每年因?yàn)樗^損失減少發(fā)電量達(dá)200萬(wàn)kW·h，按照0.32元／kW·h電價(jià)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)65萬(wàn)元。攔污柵水頭損失直接影響到電站經(jīng)濟(jì)效益和安全運(yùn)行。

3 減少攔污柵水頭損失的措施

人民電站因?yàn)榧昝娣e大，河道內(nèi)污物較多，大部分污物通過(guò)引水壩進(jìn)入引水渠，同時(shí)原有攔污柵設(shè)計(jì)不合理，存在阻水?dāng)嗝孢^(guò)大、原設(shè)計(jì)位置過(guò)流斷面小、流速過(guò)快導(dǎo)致水底污物無(wú)法清理等造成攔污柵堵塞從而形成水頭損失，電站在盡量不改變土建結(jié)構(gòu)情況下，采用先攔后疏的方法（即攔住大部分污物在引水渠之外，撤銷(xiāo)原壓力前池進(jìn)口處攔污柵，對(duì)原壓力前池進(jìn)水閘前攔污柵進(jìn)行改造，增加攔污柵過(guò)流斷面），重新規(guī)劃設(shè)計(jì)改良攔污柵的結(jié)構(gòu)，同時(shí)配套回轉(zhuǎn)式自動(dòng)清污機(jī)撈渣系統(tǒng)。

（1）在大壩引水渠進(jìn)水口前方增設(shè)一道浮動(dòng)攔污排。電站原來(lái)并未在大壩引水渠進(jìn)水口設(shè)置攔污柵，當(dāng)時(shí)主要考慮設(shè)備的維護(hù)和人工問(wèn)題，現(xiàn)在大壩引水渠進(jìn)水口前方增設(shè)一道由鐵鏈浮動(dòng)鐵桶連接起來(lái)的攔污排，投資小，無(wú)需維護(hù)，主要作用是攔截大壩上游水流表層漂浮物不進(jìn)入引水渠，使之隨洪水經(jīng)滾水壩自動(dòng)排至大壩下游，具體見(jiàn)圖1。

圖1 人民電站引水渠進(jìn)口攔污排布置示意圖

（2）撤銷(xiāo)壓力前池進(jìn)口攔污柵。通過(guò)在大壩加裝浮動(dòng)攔污排，引起攔污柵水頭損失的大部分污物被攔截在引水渠之外。未攔截下的污物通過(guò)引水渠進(jìn)入壓力前池，原有攔污柵安裝在壓力前池進(jìn)口，直接在渠道過(guò)流道布置，上寬15 m，下寬5 m，高4 m，呈梯形結(jié)構(gòu)，未設(shè)置開(kāi)口緩沖，過(guò)流斷面約80 km2，按照測(cè)算，就算未有任何污物堵塞斷面，減去攔污柵本身總阻水?dāng)嗝?5 m2，要通過(guò)設(shè)計(jì)34個(gè)流量，流速已經(jīng)達(dá)到0.5 m／s。根據(jù)攔污柵水頭損失△h（m）的開(kāi)司其曼（Kirschmer）公式測(cè)算，此時(shí)攔污柵水頭損失已達(dá)0.15 m，一旦污物堵塞攔污柵，水頭損失一下子就達(dá)到1 m多，因而原壓力前池進(jìn)口處設(shè)計(jì)安裝的攔污柵極不合理，決定撤銷(xiāo)。

（3）改造原壓力前池進(jìn)水閘攔污柵，增加過(guò)流斷面和安裝全自動(dòng)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)。撤銷(xiāo)壓力前池進(jìn)口攔污柵和壓力前池進(jìn)水閘獨(dú)立攔污柵，采用在壓力前池4臺(tái)機(jī)組進(jìn)水閘位置安裝全自動(dòng)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)整體攔污柵系統(tǒng)。

回轉(zhuǎn)式清污機(jī)是集攔污柵和清污機(jī)于一體的連續(xù)清污裝置。以攔污柵為基礎(chǔ)，通過(guò)繞柵回轉(zhuǎn)鏈條將清污齒耙驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)攔污及清污目的?；剞D(zhuǎn)式清污機(jī)由攔污柵，回轉(zhuǎn)齒耙、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)，過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)和不銹鋼牽引鏈條等組成?；剞D(zhuǎn)式清污機(jī)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)清污，全過(guò)水?dāng)嗝媲逦?，清污效果好，柵體過(guò)梁支撐于混凝土基礎(chǔ)之上，使清污機(jī)整體運(yùn)行平穩(wěn)，工作可靠，齒耙插入柵條一定深度，把附著在柵條上的污物帶到清污機(jī)頂部，完成翻轉(zhuǎn)卸污動(dòng)作，保持過(guò)水?dāng)嗝媲鍧崯o(wú)污物。電機(jī)隱身于機(jī)架內(nèi)部，防護(hù)效果好，實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙清污。不銹鋼牽引鏈條保證水下工作無(wú)銹蝕，免維護(hù)。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 人民電站前池回轉(zhuǎn)式清污機(jī)結(jié)構(gòu)圖

壓力前池進(jìn)水閘位置寬25 m，高6.5 m，長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，過(guò)流斷面達(dá)162.5 m2，是原有過(guò)流斷面的兩倍，同時(shí)改造后在原有橫梁工字鋼支撐不動(dòng)情況下采用厚度5 mm的鍍鋅扁鋼代替圓鋼，在強(qiáng)度不變的情況下阻水?dāng)嗝嬗蒷5 m2減少到10 m2。實(shí)際過(guò)流斷面達(dá)到152.5 m2，是原來(lái)的2倍以上，在同等過(guò)流量的情況下，改造后過(guò)柵流速為0.3 m／s，基本避免了在攔污柵位置的水頭損失。同時(shí)流速的減緩，也有利于撈渣系統(tǒng)的效率。

原有攔污柵和改造后攔污柵流速水頭損失對(duì)比見(jiàn)附表。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)標(biāo)本兼治，在電站大壩引水渠口附近安裝浮動(dòng)攔污排，撤銷(xiāo)壓力前池進(jìn)口攔污柵，再?gòu)氐赘脑靿毫η俺剡M(jìn)水閘前原有攔污柵，采用全自動(dòng)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)整體攔

附表 攔污棚改造前后流速水頭損失對(duì)比

污柵系統(tǒng)，增加了攔污柵過(guò)流斷面，先攔后疏，減少攔污柵的污物堵塞，最大限度減少攔污柵的水頭損失，提高發(fā)電效益。人民電站通過(guò)一系列改造，經(jīng)過(guò)試運(yùn)行，機(jī)組出力在相同流量下出力增加5%，4臺(tái)機(jī)組出力從原來(lái)5 400 kW增加到5 900 kW，攔污柵改造后年增加發(fā)電量200萬(wàn)kW·h，年增收65萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。人民電站對(duì)攔污柵改造減少攔污柵水頭損失，增加機(jī)組出力，提高發(fā)電效益，值得小型水電站借鑒。