自动拦污栅在景庄水电站的应用

回建文, 吴瑞寿, 刘瑞廷, 高海龙

(1.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100；2.井陉县张河湾水库管理处，河北 井陉 050300；

3.井陉县景庄水电开发有限公司，河北 井陉 050300)



自动拦污栅在景庄水电站的应用

回建文1, 吴瑞寿2, 刘瑞廷2, 高海龙3

(1.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100；2.井陉县张河湾水库管理处，河北 井陉 050300；

3.井陉县景庄水电开发有限公司，河北 井陉 050300)

摘要：河床以及渠道式水电站常常由于树枝、树叶、杂草、生活垃圾等夹带在水流中，不仅影响机组出力，危害机组安全运行，甚至造成机组报废，而且随时都可能堵塞前池拦污栅，引起溃渠事故。这已成为这类电站的一件棘手问题，在春秋两季尤为突出，以往只能用人工打捞的方式，不仅劳动强度大，而且危险性很大。经过反复试验，研制成功了自动拦污栅，由立传装置、平传装置、提升装置、控制系统和检修桥等几部分组成，采用压力控制、水位差控制和时间控制3种工作模式，每种模式都可实现手动和自动控制。在拦污栅控制系统中，共设计了过压、过水位差、电机过载、跳闸和手动提升5重保护。经过2 a多的运行，状态良好，实现了设计之初的目标。图2幅。

关键词：水电站；拦污栅；改造；自动控制；工作模式；保护装置

1概述

近年来，随着国家对绿色环保能源的投入力度加大，各地纷纷兴起一大批水力发电、风力发电等清洁能源项目。景庄水电站就是国家“十一五”农村电气化规划中的一个重点项目。电站位于河北省井陉县景庄村北，装机为2台800 kW卧式水轮发电机，压力水头93 m，利用张河湾水库弃水发电，引水渠道长17 km。由于引水渠道长，一些树枝、树叶、杂草、生活垃圾等也夹带在水流中，顺压力管道进入水轮机，有的能随水流排出，有的则干脆留在水轮机中。引水渠的漂浮物问题不仅影响机组出力，危害机组安全运行，甚至造成机组报废，而且随时都可能堵塞前池拦污栅，引起溃渠事故。这个问题已成为电站的一件棘手问题，在春秋两季尤为突出。以往只能用人工打捞的方式，不仅劳动强度大，而且危险性也很大。

工程技术人员经过反复研究试验，结合引水渠实际，在电站前池前制作了1套自动拦污栅，经过试运行，达到了预期目的。处理后的水中已不再有直径大于2 cm的漂浮物，只有一些碎花和木屑。拦污栅最大的设计亮点是假设各种突发情况，通过采取各种保护措施，确保引水渠不出现溃渠事故，确保渠下的村庄、民房、耕地安全。

2工作原理

自动拦污栅主要由立传装置、平传装置、提升装置、控制系统和检修桥等几部分组成。立传装置宽度与渠道宽度一致，呈45°，并高出两侧渠墙。平传装置横跨在渠道的两侧渠墙上，位于立传装置下游侧，其工作原理就是电动机通过调速器驱动立传装置转动。立传装置上的铁丝网和齿耙将渠道中的漂浮物挂住并向上输送，到一定位置后，通过梳理装置和冲洗装置将漂浮物转移至平传装置，电动机通过调速器驱动平传装置将漂浮物输送至渠道外的指定地点。

3自动拦污栅的工作模式

自动拦污栅共设计压力控制、水位差控制和时间控制3种工作模式，每种模式都可实现手动和自动控制。

3.1压力控制模式

渠道中的杂物在水流作用下会对拦污栅产生一定的压力，杂物越多压力就越大。根据这一特性，在立传框架上安装了压力传感器，当水流中夹带的杂物对立传装置产生压力并达到设定值时，压力传感器通过控制器启动拦污栅。当压力值低于压力传感器设定值时，拦污栅即自动进入停机倒计时状态，设定倒计时的目的是为了彻底捞净拦污栅前的杂物。

3.2水位差控制模式

拦污栅前如果有杂物堵塞，渠道中的水位会雍起，形成上下水位差。水位差控制就是根据这一特性，在拦污栅前后安装了水位传感器，当拦污栅上下游形成水位差，并且达到设定差值时，拦污栅就会启动。当水位差回落低于设定值时，拦污栅即自动进入停机倒计时状态。

3.3时间控制模式

如果渠道中的杂物较少，长时间达不到压力设定值和水位差设定值或压力传感器和水位传感器出现故障时，时间控制模式启动；其工作原理就是安装了1台时间控制器，提前设定开启时间和关闭时间，拦污栅会按照设定时间自动启动和停止。

以上3种工作模式不分先后，互不影响，互不干扰。一种工作模式工作，另外两种模式备用；一种工作模式失灵，另两种工作模式自动投入工作；假如3种工作模式都失灵，警报器报警，提升保护装置投入工作。3种工作模式都有延时和定位停机功能，延时停机是为了彻底打捞拦污栅前的杂物；定位停机是拦污栅在停机时始终停在设计好的停机位置，因为拦污栅底部与渠底有一定缝隙，为了防止杂物从缝隙中通过，停机时正好将立传装置上的齿耙挡在缝隙间(见图1、图2)。

图1　自动拦污栅立传装置

图2自动拦污栅平传装置

4自动拦污栅的保护装置

在拦污栅控制系统中，共设计了过压、过水位差、电机过载、跳闸和手动提升5重保护，只要有一种保护现象出现，就说明渠道中的杂物过多或机器有故障，容易出现溃渠事故，控制器上方的警报器就不断发出报警声，提醒工作人员采取应急措施；同时提升装置投入工作，优先保证渠道安全。

4.1过压保护

杂物对立传装置的压力逐步增大，超过工作设定值达到压力保护设定值时，压力传感器会通过控制器，停止拦污栅工作；并由提升装置将立传装置提出水面，杂物和水流顺利通过拦污栅，保证渠道安全。

4.2水位差保护

当渠道中的杂物过多，拦污栅打捞不及，或压力传感器出现故障时，水位差保护装置就投入工作。它还是利用拦污栅上下游安装的水位差传感器来控制拦污栅。当拦污栅上下游水位差超过水位差传感器设定值，水位差传感器通过信号线通知控制器，停止拦污栅工作，并启动提升装置将立传装置提出水面，防止溃渠事故发生。

4.3过载保护

为了防止各部位的电动机因故障或机械原因导致超载，不至于发生更加严重的事故，每台电动机都安装了过载保护装置；电动机过载后会自动停机，并发警报声。

4.4跳闸保护

拦污栅主要有4路用电设备，分别是立传装置、平传装置、水泵和提升装置，它们工作时是一个整体，缺了任何一路，其他3路都不会正常工作或无安全保护措施。所以当任一路用电设备出现过载或故障导致跳闸断电时，报警器就会报警，其他3路也不会投入工作。

4.5手动提升保护

当总电源出现故障，拦污栅不能工作时，手动设施可将立传装置提出水面，采用人工打捞方式。

5结论

自动拦污栅经过2 a多的运行，运行状态良好，达到了设计之初的目标，处理后的水中已不再有直径大于2 cm的漂浮物，只有一些碎花和木屑。拦污栅不仅效率高，而且可假设各种突发情况，通过采取相应保护措施，确保引水渠不出现溃渠事故，确保引水渠下的村庄、民房、耕地安全，同时还解放出了大量的劳动力，在减少人员安全事故方面作用尤为突出。

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责任编辑吴昊

作者简介：回建文(1997-)，男，在读大学生，研究方向：水利水电工程。E_mail:hsg1957@163.com

收稿日期：2016-01-05