高寒高海拔水电站枢纽防寒过冬问题及解决方案

杨桥春

(甘肃电投大容电力有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 电站基本情况

朱岔峡水电站是大通河青岗峡至金沙峡河段水电梯级开发的第3级电站，该水电站为径流引水式电站，总装机容量为34 MW，年利用小时数为4 218 h，年平均发电量约为1.434亿kW h。水库正常蓄水位为2 211.00 m，设计洪水位为2 210.50 m，校核洪水位为2 211.20 m。泄水建筑物包括1孔泄洪冲砂闸和5孔泄洪闸，其中，1孔泄洪冲砂闸布置在河床左岸，5孔泄洪闸布置在1孔泄洪冲砂闸的紧右侧。

该水电站所处地理环境具有典型的内陆型气候的特点，海拔高约2 200 m，冬长暑短，昼夜温差大，多年平均温度为3 ℃，多年极端最低温度为-28.3 ℃，最大冻土深度为1.48 m，且在冰雪消融时大通河存在冰凌现象。

2 冬季运行过程中的问题

每年11月1日至次年3月31日，朱岔峡水电站进入冬季运行期，其中每年12月15日至次年3月15日为防寒过冬的主要阶段。

(1) 在冬季运行期，由于水电站枢纽所处地理位置及地形的特殊原因，其日照时间极短、所受风力较强，因此气温较周边地区更低，最低约维持在 -16 ℃。

(2) 在冬季运行期，水库内结冰厚度将逐步增加至2～3 m，形成大范围冰盖，导致电站5孔泄洪平板闸门全部被冰冻住，无法进行启闭操作。

(3) 在冬季运行期，由于上游其他电站为开展经济运行工作，每日分时段间歇性放水发电，造成下泄流量间歇性变化，最大泄流量为50 m3/s、最小泄流量为0，导致电站入库流量极不稳定。且由于电站库容较小，流量波动时冰盖最高将被抬高至1.5 m以上，当来水量较大或电站机组故障时，由于闸门无法启闭造成溢流，闸门与坝体间产生的涌冰冻结将堵塞闸门与坝体之间的间隙，长时间可能会造成水漫大坝的严重事故。

(4) 由于冬季时冰盖会覆盖整个库区，无法使用水尺进行水位观测。并且由于库区冰面厚达2 m，相关自动传感器已被冻结在冰面中，无法正确反馈实时水位情况，严重影响电站安全运行。

（5） 由于上游调水导致河道内的碎冰较多，进水口拦污栅栅体被冰凌堵塞后结冰厚度约5 m，因栅槽完全被冰封冻，无法提栅开展清冰工作。拦污栅挂冰严重时拦污栅过水量仅为10～15 m3/s，造成机组发电流量不足，无法开机发电；强制带负荷则会造成拦污栅压差剧增，隧洞进气，机组运行工况变差，影响机组安全稳定运行。因此，当上游来水量超过15 m3/s时，只能选择弃水。

3 采取的措施

由于上述原因，该水电站探索出一套适合高寒高海拔水电站的《防寒过冬方案》，对电站枢纽冬季运行水位、冲沙闸、进水口封堵措施进行了明确规定，有效保证了电站的冬季安全稳定运行。

(1) 枢纽库区架设有交通桥1座，在冬季，为保证枢纽交通桥安全，将枢纽水位降低1 m，控制在2 210.00～2 210.50 m(枢纽混凝土桥底面高程为2 211.70 m)，使其形成稳定冰盖。在冬季运行期，通过及时调整运行机组负荷或开停机组，确保冰盖稳定；严格控制库区水位在规定区间内变化，防止冰面上涨造成冰面与坝面底部封死或冰面下降造成库区涌冰。将库区冰面上限的控制作为防寒重点工作(冬季运行时严格控制库区冰面在2 211.50 m高程以下)，以防止涌冰造成枢纽交通桥受力倾斜。

(2) 每年11月初将冲沙闸门检修门放入检修闸门门槽内，并深入水面以下约1.0 m，以阻挡库区大面积冰块，防止大面积冰块对冲沙闸造成较大的当面压力，致使冲沙闸在冬季无法正常提落；对冲沙闸门槽及门后进行封堵加热，以防冲沙闸门槽及底部间隙结冰，保证冲沙闸在来水量较大的情况下能正常启闭。

(3) 每年11月初对进水口拦污栅进行1次彻底清理，以减少冰凌挂在拦污栅上的机会，减缓拦污栅挂冰的速度；每年11月初提出副拦污栅并锁于平台上。

(4) 每年11月初对枢纽进水口进行以下封堵工作。

① 用20 mm厚棉帘封堵进水口主、副拦污栅栅槽、事故闸门门槽、隧洞排气孔。

② 在进水口观察孔四周每隔500 mm打Φ20膨胀螺栓，对称交叉拉Φ8镀锌钢丝绳，形成支撑网，并在支撑网上覆盖20 mm厚的棉帘用于封堵，同时将棉帘四周固定在膨胀螺栓上。

③ 从枢纽配电室引出1根3×25 mm2+1×16 mm2的4芯电缆至进水口作为加热电源，在3个副拦污栅孔内各加装1组朝向主拦污栅背面的碘钨灯进行加热(每组9盏)，每组碘钨灯都加装相应的控制开关，根据温度情况进行投退。通过加热，可缓解主拦污栅背面挂冰现象。

4 取得的效果

(1) 实施《防寒过冬方案》后，电站水位较往年降低1 m运行，严格控制在2 210.00～2 210.50 m，有效防止了冰面上涨造成冰面与坝面底部封死，或冰面下降造成库区涌冰的现象，确保了枢纽交通桥及大坝的安全稳定运行。

(2) 由于上游电站无序泄水现象较频繁，电站运行值班人员及时与上游电站沟通判断实际来水量、入库时间等，并制订下发了《冬季枢纽水位运行规定》。通过提前开停机组或调整负荷，确保水量的充分利用，提高了电站的发电效率。

(3) 枢纽温度低于-25 ℃，会造成冲沙闸门因门槽结冰而无法正常提起。电站通过在冲沙闸前后悬挂棉门帘，并加装火炉取暖等保温措施，使冲砂闸门在冬季也完全具备启闭能力，有效保证了冬季电站枢纽的安全稳定运行。

(4) 电站通过对枢纽进水口主、副拦污栅栅槽、事故闸门门槽、隧洞排气孔采取全面封堵并加热等措施，基本消除了拦污栅背面挂冰的现象。在冬季运行期间，拦污栅未因冰凌堵塞而出现流量不足的情况。

(5) 通过与2013年水情、电量数据的对比分析，朱岔峡水电站在2014年11月至12月，未发生遗弃水量现象，水量利用率达到了100 %，发电量较2013年同期增加了104万kW h，防寒过冬措施效果极为显著。