水电站冬季运行遇到的问题及对策

吴小静

( 新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐835400)

1 工程概况

某水电站是一条主要适用于冬季运行的水电站，利用主渠道冬季闲置的水流发电。水电站主要建筑物有分水闸、引水渠、排冰闸、压力前池、溢流堰、泄水槽、压力管道、电站厂房、尾水渠等建筑物组成。引水渠整体走向为东西向，前池及压力钢管走向为南北向，在渠道与前池衔接部位的弯道外侧建排冰闸，工程为正向引水，弯道排冰。引水渠长6 209 m，尾水渠长2 375 m，压力管道长2 020 m，电站压力前池正常运行水位858．3 m，水电站工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。电站设计水头154．3 m，装机容量132 MW，年发电量6．68 亿kW·h，年利用小时数5 061 h。

2 气象条件

该工程所在区域属大陆性温带气候，表现为温和湿润、昼夜温差大等特征。该工程附近有气象站，设计主要依据气象站观测资料。经统计多年平均气温为7．4 ℃，极端最高气温为37．4 ℃，极端最低气温为－37． 6 ℃。多年平均降水量256．6 mm，多年平均水面蒸发量(20 cm 蒸发皿)1 422．5 mm，多年平均风速2． 1 m/s; 最大风速28． 0 m/s，相应风向为WNW。多年平均雷暴日数40．7 d，历年最大积雪厚度41 cm，历年最大冻土深度60 cm。

根据计算洪沟设计洪水的需要，本阶段收集了附近气象站1960 ～2006年的年最大1 d 降水量，多年平均为19．5 mm。附近水文站历年(1956 ～2006年) 的月、日气温，多年平均气温为8．6 ℃，日平均最高气温为31．0 ℃，日平均最低气温为－24．6 ℃( 表1) 。

表1 附近水文站多年平均气温统计表 ℃

3 冬季运行情况

该电站首个冬季运行情况表明，自2011年12月21日起，当最低气温连续3 d 降至－15 ℃时，渠道开始出现冰情。12月23日最低气温降至－18 ℃，引水渠、分水闸、及渠系建筑物前开始出现大面积结冰，通过调配挖掘机等设备及时破冰、输冰，并开启排冰闸等措施尚且可将渠道浮冰排除。2012年1月18日开始，由于全球性寒潮入侵，气温降至－20 ℃以下，渠道全天开始产生大块浮冰。1月19日气温骤降至－25 ℃，渠道出现冰盖，连续长度约5 km，部分水位抬升。1月22日最低气温达到－29 ℃，冰盖长度连续约25 km，部分水位超校核洪水位，冰情严重致使电站停产。

4 存在的问题

1) 渠道中渠系建筑物( 交通桥、渡槽、分水闸及节制闸等) 以及弯道处易出现流动冰凌壅塞现象，影响渠道安全运行。较大的冰凌通过弯道、桥、分水闸、节制闸以及渡槽等部位时易被建筑物阻挡形成冰块拥堵，冰面向上游延伸，影响正常的输水、输冰。

2) 拦冰锁易与冰凌冻结形成整体，造成冰凌逐渐扩展，影响排冰。拦冰锁处过水断面大，流速慢，在水流作用下形成顺水流方向的凹面。冰凌在拦冰锁处聚集，冻结并不断扩大，气温骤降时，极易形成大面积冰盖。

3) 通过拦污栅的冰絮状物极易与栅格冻结形成冰帘，侧轨易冻结，导致拦污栅无法正常运行，影响发电。当气温较低时，通过拦污栅的冰絮状物及杂物，在水流作用下易附着在拦污栅上，形成冰帘。水位变化区拦污栅栅条与框架、拦污栅与侧轨易冻结，无法启动。

4) 溜冰槽杂物、碎冰堆积现象严重。由于溜冰槽水平段设计的坡度较小，清淤泵流量不足，无法将拦污栅捞出的碎冰、杂草及人工清除的冰帘等杂物冲走，必须通过人工进行清理，尤其到了春秋两季杂草较多，给清理工作带来很大的工作量。在气温较低的冬季清至溜冰陡槽后的杂物又会继续堆积、冻结，并逐渐向上扩展，直至溜冰槽被杂物、冰块淤满，无法继续排草、排冰。

5)排冰闸、事故闸门及排沙洞闸门易与导轨冻结，影响闸门动作。排冰闸、冲砂闸在气温较低时，由于门后渗水逐渐结冰导致门体与轨道冻结，排冰闸侧轨加热装置融冰效果欠佳。事故闸门在气温较低时，水位变化区四周冻结，无法启动。

6) 排沙洞闸门开启泄流时，水流冲击边墙，渐至顶部。排沙洞水流流速高，出口泄流直接顶冲排冰排沙槽边墙。

5 解决途径

1) 长引水式电站防冰是水电工程中一项普遍性的问题，且各工程情况不一，解决难度较大，往往是随工程运行逐渐总结，逐步完善。结合本工程情况，运行管理人员加强巡视，对渠系建筑物及弯道处的冰堵现象及时排除，如有条件，在桥柱混凝土表面及对应渠道一定范围内的边坡表面涂刷有利于冰与基层剥离的吸热、憎水性涂料，根据目前掌握的情况，该涂料可采用改性沥青玛蹄脂涂层或高韧性环氧防护涂料，可涂刷不同厂家和不同品种的材料进行现场对比试验，比较效果的好坏。对于桥柱防冰挂冰现象建议结合桥柱混凝土冻融损坏修补，在采用高韧性环氧砂浆修补的基础上表层增加使用SK－EC 高韧性环氧防护涂层。对于冬季运行的渠道，建议交通桥、渡槽等跨渠建筑物宜设置成单跨，渠道转弯半径不宜设置过小。

2) 调整拦冰锁的位置，增设破冰装置，将冻结的拦冰锁与冰分离。在冬季运行的引水渠道上，应优化排冰闸与电站进口的布置形式( 缩小排冰闸与电站进口间的过水断面，保持水流与排冰闸方向一致，侧向引水发电并设置拦冰墙) 。

3) 在前池增设能够满足区域供暖要求的加热锅炉，对拦污栅转动区域内进行加热，并且对前池拦污栅上部进行封闭，在其上增设一具备保温、方便检修的拦污栅轻型保温房，房间配备采暖设施，以改善拦污栅的运行环境。保温房下游侧可直接利用电站进水口启闭机房上游墙，其他墙体及房顶采用轻型板材结构，变速箱等轻型设备检修时，可临时拆除屋顶进行设备起吊。在保温房内安装暖气，利用前池安装一台蒸汽锅炉，对保温房进行采暖加热，提高回转清污机周边的环境温度。在清污机上游侧安装喷蒸汽管道，需要时可直接对栅条水上部分喷蒸汽，防止栅条结冰。此方案能使回转清污机运行环境和结冰情况得到改善，但因保温房在水流进口和溜冰槽位置无法完全封闭，遇大风天气，室内热量会消散较快，因此还需要进一步完善。同时，对栅条直接喷蒸汽可能会导致屋内房顶及墙体形成冰滴或冰挂。

4) 对于溜冰槽排冰、排草不畅可采用增加清淤流量、扬程和改造溜冰槽两种方案相互结合:①在现有清淤泵的位置增加两台大容量潜水泵互为备用;②采用黏土砖及砂浆抹面，局部填补溜冰槽下游侧内凹处，束窄溜冰槽宽度，提高槽内水流单宽流量，提高水流冲污能力。对溜冰槽内壁涂刷高韧性环氧防护涂料，减小溜冰槽内壁糙率及与冰的粘结力。调整冲水管出口方向，使出口水流更有利于冲污。

5) 对于冬季气温较低时，冲沙洞出口增加棉帘保温，电站进口闸房通气孔延伸至户外，闸房封闭，内设加热装置。事故闸门提起锁定时应露出水面以上，通气孔应设计在室外。

6) 当排沙洞水流流速过高，出口泄流直接顶冲排冰排沙槽边墙时，水流存在折冲爬高现象，为避免水流溅出破坏排沙槽两侧回填土，可在排沙洞出口顶部增设混凝土盖板，防止水体上岸，并连通左右岸交通，一举两得。

6 结 语

根据该冬季运行引水式电站的运行情况来看，冬季运行的渠道一旦出现冰凌、冰块及冰盖，就会影响渠道输水能力，甚至导致壅塞，造成工程破坏、电站非正常解列。另外值得注意的是，上述所采取的输冰、排冰措施是为保证电站冬季正常运行的被动手段，重点应是解决渠道生冰问题，对水体进行增温，或增设机械破冰、排冰措施。同时建议在渠道一侧增设监控设备及水位自动监测仪器，做到24 h 全天候监测，随时监控渠道运行状况，一旦发现水位升高等异常情况，及时进行处理，确保渠道运行安全。在冬季运行过程中，渠道两侧边坡湿滑，应加强对当地群众的安全宣传工作，避免发生人身及财产损失，并应教育当地群众，严禁向渠道内倾倒垃圾、抛杂物。

［1］朱永斌. 水电站冬季运行探讨［J］. 中国水运: 下半月，2011(09) :144 －145.

［2］刘连希，吴吉才. 关于十三陵抽水蓄能电站上库冬季运行结冰问题的探讨［J］. 水利水电技术，2001(03) :33 －35.

［3］张娜，霍丙臣，王剑楠. 冰情危害及冬季明渠安全输水探讨［J］. 河南水利与南水北调，2010(11) :77 －78.