新疆引水式小水电站冬季运行防治冰害技术措施研究

□蒋增花（新疆伊犁河流域开发建设管理局）

0 引言

新疆某水电站由上游南岸干渠的灌溉渠道取水，取水口位于南岸干渠引水隧洞进口。水电站开发任务是在满足南岸干渠灌区灌溉用水的前提下，利用南岸干渠与河道干流的落差进行发电。按极端不利条件进行理论计算，南干渠渠首到电站分水闸段日最大产冰量47万m3，最大流凌密度0.56，电站6.20 km引水渠日最大产冰量为4.42万m3，与南干渠所产冰花量合并后，水面流凌密度为0.53，冬季运行时不会由于冰花插堵形成冰塞。按设计渠道断面，若渠道形成冰塞，按冰下输水稳定流速0.76m/s计算，过水面积为132m2，水深7.20m，大于渠道考虑超高后的水深5.74m。因此，渠道不能在冰下输水，电站前池入口附近的渠道上设有排冰闸，同时电站进水口设有回转式清污机，应将进入电站前池的冰花及时排出。

1 新疆引水式小水电站冰害问题分析

对于文章所研究的新疆地区引水式小水电而言，其主要的冰害问题表现在以下几个方面：

第一，引水渠前端冰害问题。对于水电站引水渠前端而言，其作用主要是确保引入水电站发电所需的水源，因此也是水电站正常运行的关键点。水电站在冬季运行过程中，水渠前端的河道通过被封冻住，而且进水口位置被冰塞住，经常会看到大量的冰凌堆聚于此，严重影响了冬季正常引水，不仅提高了发电成本，而且水资源及水电站发电设备的有效利用率明显降低。

第二，引水渠道冰害问题。对于引水渠道而言，其作为小水电站输水以及集中落差的主要动力渠道，在寒冷的冬季也会出现冰塞或者冰水漫堤等现象，以致于渠道难以安全引水，甚至部分水电站因此而停机排冰，严重影响发电效益。

第三，压力前池冰害问题。水电站压力前池在小水电站中的作用是稳定水压、沉淀泥沙以及平衡水量和拦截污物。冬季水电站运行过程中，前池中的水会出现结冰现象，而且进水口位置会被冰塞住、封冻，以致于闸门难以启闭，导致压力管道难以正常引水。

第四，压力管、尾水渠冰害。对于压力管而言，其集中了引水式小水电站发电过程中所需的水头,而且承受着非常大的水压，为整个机组输送所需的用水，是现代电站的重要组成部分。对于尾水渠而言，其主要是确保发电尾水引向下游，在寒冷的冬季，压力管内会出现结冰现象，而且过水断面面积会随之不断地减小，或者出现冰堵现象。

2 新疆引水式小水电站冬季运行要求

本电站冬季，尤其寒冷季节渠道引水不允许断流，寒冷季节如果一旦断流，渠道很快就会冻结，如果渠道结冰，电站就无法再正常运行和发电，电站的效益影响和损失会极大。因此，冬季引水流量需稳定，可适当加大，但不宜减小，冬季渠道最小引水流量≥30m3/s。如遇特殊情况，必须放空渠道的存水，避免渠道结冰；或者采用不断流措施，上游连续放水，多余水量通过排冰闸及溢流堰经泄水槽排至尾水渠，保证渠道水流始终流动，且渠道内水深必须>1.30m，保证渠道输冰输水流速。

当本地日平均气温降低到零度时，电站进入冬季输冰运行期，直到日平均气温稳定转正为止。在输冰运行期，渠道应设专人进行巡视，以监测渠道的岸冰产生情况以及渠道是否发生冰凌阻塞。遇有冰期，及时采取措施，尤其对南岸干渠30 km以后的6个桥桥墩及电站分水闸、l～3#引水桥桥墩要加强巡视，遇桥墩或闸墩有阻冰要及时处理。泄水槽是本电站冬季运行起重要作用的建筑物，因此，泄水槽需重点加强巡视，遇冬季排冰运行时溅起水花冻结堵塞泄水道，需采取适当措施将泄水槽疏通，保证冬季泄水槽正常排冰及泄水。

输送到电站前池的冰花及冰块要及时通过排冰闸排出，避免在排冰闸处及其上游堆积。当在排冰闸进口弯道处有残余冰花(冰块)进入电站前池前沿时，视冰的集聚情况,适时启用回转拦污栅辅助排冰，用水流冲走。渠道沿线的岸冰要及时处理，渠道的岸冰宽度<40 cm，当岸冰宽度接近40 cm时要及时打掉。当渠道发生冰凌阻塞时，应及时组织人力进行清除，可采用适当的方法松动冰塞，使其冰凌随水流输向下游,必要时降低前池水位，增加流速，使阻塞的冰凌尽快排出。引水渠道长度较大，应组织若干个打冰小组，每组3人，配备安全带、钢纤、防寒保暖物品及巡视用的交通工具。最低气温降到-5℃左右时，排冰闸翻板门加热器开始加热，辅以人工排冰，严防闸门冻结。

3 新疆引水式小水电站冬季防冰害具体技术措施和方法

3.1 引水渠前端冰害防治措施

对于新疆地区的小水电站而言，一般河道来水总是随着季节的变化而变化，不同时段的水量分配不均匀。尤其在寒冷的冬季，河道环境条件、引水渠前端设置不同，可能会导致冰害。针对引水渠前端进水闸容易出现冰堵，或者由于大量冰凌涌入渠道之中导致渠道出现严重堵塞的问题，实践表明，引水渠前端应设在河床相对比较稳定、地势比较平直的地段；同时还可以采用正面排冰、侧面引水方法应对冰害，并且用导冰筏进行及时的导冰和疏通河道。

3.2 引水渠道冰害防治措施

在渠道冬季运行期间，每天对引水渠道、交通桥和排洪涵进行巡视检查，检查引水渠填方段外坡脚、排水盲沟、排水管的渗水情况及排洪涵渗水、冰冻情况。对渠道沿线的岸冰要及时处理，岸冰宽度<80 cm，当岸冰宽度接近80 cm时要及时处理。当最低气温降到-25℃以下时，应加强巡视频率。当渠道发生冰凌阻塞时，及时组织人力和机械进行清除。引水渠沿线共布设3座交通桥，气温较低时水位变化区桥墩极易结冰，缩窄输冰断面影响正常排冰，应根据产冰情况及时予以清除。

3.3 相关病害防治措施

当气温降至负温时，开启保温房热风幕机供暖、开启前池泛水泵防止栅前形成冰盖、开启导轨内电加热防冰装置。冬季运行期间拦污栅前设专人值守，根据前池来冰情况及时启动拦污栅捞冰，并辅以人工清理，同时开启冲污泵排冰。当回转式拦污栅出现冰帘现象时，开启蒸汽喷嘴及时除冰。拦污栅捞出冰块及污物后，应使其及时排入泄水槽，防止冰块及污物在溜冰槽内聚集。每天对溜冰槽陡坡段进行检查，当排冰槽内遇冰凌淤积堵塞时，及时安排人员和挖掘机进行疏通。当气温降至负温时，电站进口闸房开始供暖，确保拦污栅保温房及电站进口闸房室温为正温；启动压力钢管通气孔加热电缆，防止通气孔水位变化区结冰；启动闸井内的蒸汽管道进行融冰，防止闸门和门槽冻结。每天清理闸门井内漂浮污物，确保排冰水泵正常运行；排沙闸门冬季运行期间应始终保持开启状态，保证溜冰槽排冰顺畅。每天对排沙闸进行一次冲污，同时防止闸门冻结。当最低气温降到-5℃以下时，开启排冰闸侧护板加热装置，确保排冰闸正常启闭；启动供暖设备，确保启闭机液压油设备和动力柜正常运行。在拦冰过程中，拦冰索处易结冰造成输冰通道变窄，应及时调配挖掘机，拉动辅助缆索拉开、清除拦冰索冰块。防止形成冰盖缩窄排冰通道，影响输冰运行。

3.4 压力管与尾水渠冰害防治措施

对于露天压力管而言，由于受到极寒的天气条件影响，机组无法正常的运行，容易出现事故性停机。在此过程中，因水轮机导叶停止运动，压力管中会充满水，长期不动，容易结冰。同时，水电站前池闸门处于关闭状态时，会有少量的漏水沿着管道流下,水流层层冻结，最后将整个管道冻死。针对这一问题，笔者建议入冬之前就要做好维修管护工作，以免冬季运行时出现停机现象。值得注意的是：若非主机出现故障问题，则宁可让水轮机组空转，也不能轻易的停机。此外，还可以沿着压力管搭暖棚，以起到保暖防冻之目的;提高管道外温度，这样可以有效减小冰害影响。

对于尾水渠而言，之所以会产生冰害，主要是因为气温降低低时，因急流热能难以有效弥补水流散热量，而且尾水渠的泄水道边墩位置出现了结冰现象，严重影响了正常的过水。针对这一问题，笔者建议在入冬之后应当及时采取有效的措施减轻负荷，用大流量结成高、厚的冰盖；在设计建设过程中，泄水道以窄深式为宜，这样可以形成大冰盖，对防冰害非常有利。

4 结语

新疆地区冬季严寒，水电站冰害现象非常普遍，尤其是引水式小水电站受到的影响更大。因此，应当尽可能合理、充分开发利用干流水能资源发电，在非灌溉期，利用闲置灌溉引水发电，立足实际，不断创新和改进防冰害技术措施，只有这样才能有效发挥水电站在国民经济发展中的重要作用。

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