龙头石水电站机组取水口拦污问题探讨

向忠义，赖真明

(1.龙头石水电站，四川 石棉，625400;2.中电建水电开发集团有限公司，成都，610061)

1 工程概述

龙头石水电站坝址位于四川省石棉县大渡河上，距下游石棉县城约23km，距上游泸定县城约93km，上游与大岗山水电站衔接，下游与规划的老鹰岩水电站衔接，为大渡河干流规划调整推荐22级方案的第15个梯级电站。坝址控制流域面积6.3万km2，多年平均流量1020m3/s，正常蓄水位以下库容约1.199亿m3，调节库容0.167亿m3，具有日调节能力。水库校核洪水位958.21m，设计洪水位952.97m，正常蓄水位955m，死水位952m。电站地面厂房装设4台水轮发电机组，单机容量180MW，额定水头45m，最大水头53m，最小水头41.9m。电站以550kV电压等级接入电力系统。

2 拦污浮筒形式及结构的演变

2.1 竹筒式拦污浮筒

电站投产初期，在机组取水口前100m～500m处，顺河流方向斜拉一根钢丝绳(φ40mm)，绳长约400m，沿着钢丝系了近70捆竹子(10根竹子捆成一捆)，作为拦污设施，称之为竹筒式拦污浮筒。

2.2 钢管式拦污浮筒

后来，为提高拦污效果和使用寿命，把竹子换成了焊接钢管(φ300mm)和拦污栅条，35根焊接钢管系在钢丝绳上，每根钢管长12m，钢管端部用铁板封堵，在铁板上焊上“U”形拉环，在两根钢管拉环之间采用卸扣连接。在垂直水面下方把拦污栅条焊接在钢管上，拦污栅条尺寸为12m×1m。拦污栅条材质采用角钢和圆形钢条制作，称之为钢管式拦污浮筒。

洪水期间流量大，为满足防洪要求，水库要降低上游水位运行，机组取水口前水流流态会变得很差，河水不断翻滚，整个浮筒在水中蛇形一样地摆动，钢管与钢管之间的连接也被拉断过几次，钢管与钢丝绳之间的连接也被拉断，但φ40mm的钢丝绳没被拉断。通过认真分析，以上结构在整个浮筒受力时最优先受力的是钢管与钢管之间的连接，而钢丝绳不是主要受力点。为了让钢丝绳(φ40mm)起到主要的受力作用，后来把钢管与钢管之间的卸扣连接改成了钢丝绳(φ16mm)连接，钢管与钢丝绳(φ40mm)之间采用钢丝绳(φ16mm)进行捆绑式连接。

2.3 两种形式及结构的优劣

竹筒式结构，造价低，投资小，每m投资150元左右，使用寿命短;只能拦住少量的漂浮物，大量的漂浮物在水流的作用力下从竹筒上方或下面翻过，拦漂浮物的效果太差。

钢管式结构，造价高，投资大，每m投资1500元左右，使用寿命长;能拦住大部分漂浮物和少量悬浮物，水库水位较低时，水流流态很差，此时拦污效果较差。

3 拦污栅的清理与结构优化

拦污浮筒经过几年的运行，起到了相当大的作用，也出现过几次问题。但总的来说，造价不算太高，减轻了机组取水口拦污栅的堵塞，减少了公司的发电损失。

但始终有一部分水中的悬浮物要流向机组取水口，堵塞拦污栅，因此拦污栅的清理是一个不可回避的工作。有的电站是把拦污栅提出水面进行清理，有的电站采用抓斗在水下进行清理，龙头石水电站就采用的后者。该电站取水口水工建筑物采用的结构形式是4台机组共用20孔拦污栅，当电站机组满发时拦污栅处水流很急，在较大的水推力作用下，抓斗落不下去，此时只能清理水面上的漂浮物;当电站满负荷的75%时，水推力稍小，也只能清理水下5m内的物体;当电站满负荷的50%时，水推力较小，仍只能清理水下15m内的物体;当电站满负荷的25%时，拦污栅处基本是静水，水推力很小，才能清理到拦污栅的底部，即水下24m。

2014年6月底，大渡河发生了20年一遇洪水，洪峰流量达5100m3/s，田湾河流域和丹巴县相继发生泥石流，洪水中夹杂有大量木头、树枝、草及生活垃圾等，使机组拦污堵塞严重。为了清理拦污栅，3台机组全停，1台机组发电，每天24h连续作业，花了近一周时间才基本清理结束，造成全站少发电几千万kW.h，经济损失上千万元。以上现象龙头水电站自投产发电以来出现过两次，对公司经济效益影响较大。

如果水工建筑物采用每台机组独立的取水口和独立的拦污栅，此时只需要停一台机组，就可以把该机组的拦污栅清理干净，只影响整个电站25%的发电量，会大大减少公司损失。同时水工建筑物结构更简单，投资更少。

拦污栅的结构也值得探讨，对拦污栅的结构进行优化，若能让小树枝、草及生活垃圾能够通过拦污栅，它们相对水轮机流道尺寸来说比较小，对导水机构没什么损害。而小树枝、草及生活垃圾贴在拦污栅条上，大大减少了过水断面，对拦污栅的堵塞较严重。木头对拦污栅堵塞情况不严重，如果进入水轮机流道会造成破坏。龙头石水电站计划对栅叶进行改造，一方面是扩大栅叶间距至300mm，另一方面是用钢板制作成栅叶，栅叶侧面形状像三角形，迎水面形成斜边，在水推力作用下小树枝及生活垃圾等会沿着斜边慢慢滑动，并尽可能地通过拦污栅，这样或许会减轻拦污栅的堵塞现象。

龙头石水电站机组技术供水是从蜗壳取水，当漂浮物进入蜗壳内时，可能大多数悬浮在蜗壳的中上部，极易堵塞蜗壳取水口或滤水器。因此我们把蜗壳取水口的栅条更换成了钢板，并在钢板上钻了很多孔(φ20mm)，实践证明并不影响机组的冷却效果，同时在滤水器和取水口之间接入检修用气，当取水口堵塞时就用低压气吹。建议蜗壳取水口应布置在蜗壳的中下部位，这样或许会减轻堵塞现象。

4 结语

针对一些水电站来说，机组取水口拦污栅堵塞是个大问题。如果堵塞严重，会压坏拦污栅，机组引水流道也可能局部形成真空，对水工建筑物和水轮机组的安全运行形成威胁，同时也会造成一定的经济损失。因此，做好电站取水口拦污方面的工作，可以降低安全风险，也可减少经济损失。