谈碗米坡电厂进水口拦污排污建设

【摘要】碗米坡水电厂位于沅水支流酉水的中游，在湖南省湘西土家族苗族自治州保靖县境内，下距保靖县城20km。电站装机3台，总装机容量240MW。电厂水库正常蓄水位248米，水库死水位238米，大坝设计洪水位249.96米。

【关键词】碗米坡电厂;进水口;拦污排污;工程建设

前言

碗米坡电厂原工程设计无拦污排，电厂投运后，库区每年均有大量生活垃圾、水草树枝等杂物随洪水聚集坝前，严重堵塞进水口拦污栅、机组技术供水取水口，导致机组技术供水压力降低、进水口拦污栅差压过高，危及机组安全运行。因浮渣堆积，机组运行时拦污栅差最高时候接近40kPa设计极限，机组出力降低严重，水电大发期间每日损失电量近10万kWh，每年因出力降低造成经济损失在100万元以上。

2013年，碗米坡电厂通过研究实施“高分子柔性拦污排建设”项目，彻底解决了坝前浮渣堆积这一困扰电厂运行的难题，满足电厂安全、经济、环保运行的要求。

1、方案设计

拦污排基本布置：碗米坡电厂进水口拦污排主要由“拦渣系统”和“锚固系统”两大部分组成：上游侧挂点B（拦污排未端挂点）设设置在水库右岸水位井的上游侧。拦污排首端固定点A为设在大坝4号坝段与5号坝段的分缝线上。安全挂点首端C点设在大坝左坝头上游约50米的水库岸坡上，未端设在距排体A挂点约15米的主连接绳上。（见图）

1.1 锚固系统

拦污排锚固系统由配体的首尾A、B挂点和安全绳首尾C、D挂点组成。A挂点为滑轨滑车及浮箱组成，轨长13米，滑车行程12米，以适应水库水位在238米至248米间变化。B挂点初始设计为由砼插筋、钢筋网构成锚固墩，通过主连接绳和浮筒的自由起伏满足水位升降的要求。C挂点为一入岩1米深、Φ20的螺纹钢弯钩。

1.2 拦渣系统

由浮筒、主连接绳、主拦污网、副拦污网、均衡（配重）装置等组成。拦污排体上悬挂的浮筒由高分子PE材料滚塑压制而成，浮筒内通过高温高压注满发泡聚合材料，确保浮筒外壳在不可抗力情况下破裂后仍保持有足够的浮力。浮筒通過高强度化纤绳绑扎在主连接绳上，单个浮筒浮力大于300kg，平均每米拦污排重量为≤50kg。连接绳、绑扎绳均为超高分子量化纤绳。拦污网主网各副网均由高强度聚乙烯绳编制而成。浸泡在水下的拦污网格穿套PVC套管，以确保在拦渣过程中，水体中的浮渣不会钩挂在拦污网片上。网体下沿悬挂的均衡装置重锤为PE材质空心球体，内部灌注混凝土，单个重锤自重约15kg，直径≥25cm，大于碗米坡电厂进水口拦污栅栅距，以确保其在意外情况下掉落时不通过拦污栅流入引水流道。

2、设计要点及受力计算

（1）本项目采用了长沙乐禹公司的非金属结构拦污排长线方案，排线总长度263米，排体与坝面夹角大于60°，具备较好的拦渣效果及随库水位起降能力，并可有效防止进水口水流吸附。

（2）充分考虑主缆绳在A、B挂点处的耐磨性。在缆绳厂家制造时，就已在挂点部位穿套耐磨套管，并在摩擦受力部位采用纤维绳环绕捆扎作为耐磨措施。

（3）对B点重力墩下方的边坡进行了开挖放缓及浇砼支护处理。同时为防止拦污排主缆绳直接与砼摩擦，一方面在缆绳上包裹耐磨材料，另一方面在缆绳与砼面接触的部位，采用橡胶板铺垫，以进一步减小摩擦。

（4）受力计算

主缆绳设计计算模型假定漂浮拦污排结构张拉形状和张力简化假定如下：

假定漂浮拦污排浮箱和连接结构自身的刚度较大，水流、风和波浪力可以简化为由有限段刚体、用理想光滑连接而成平面状态的柔性机构。在理论上拦污排表现为：一条处于稳定平衡状态的平面折线 ，该平面折线代表在某种荷载条件下拦污排的张拉形状，由该形状可以唯一确定在相应荷载条件下结构的张力。水流、风和波浪对拦污排结构产生的作用力局限于水平面以内。拦污排在进水口上游水域运动缓慢 ，忽略结构的惯性效应 ，按静力条件研究拦污排结构的稳态平衡状态。

拦污排所受水平荷载主要为水流推力、风力和波浪的作用， 假定都垂直作用于拦污排上游表面， 则拦污排在力作用下可近似按以两端连接绳为链接点连续悬链线考虑。

通过计算后结果为：

B处挂点的张力（最大张力） Ng=×sin60°=305kN

A处挂点的张力（最大张力） Ng=×cosn60°=178kN

右岸C点拉锚绳的最大张力=96.5kN

实际工程采用的主连接绳为高分子聚乙烯十二股精加工编织绳，名义断裂强度968kN，实测为1027.8kN，由受力计算得知，完全满足强度要求。

3、运行中需关注的问题

碗米坡电厂拦污排于2013年8月开工建设，同年11月建成投运，运行情况良好。在日常使用和维护过程中应注意以下事项：

1 主连接绳为超高分子量聚乙烯绳，因此种材料的缆绳伸展率为≥4%，故主连结绳在受力后排体长度排线弧度会有一定增加，因此在初期运行中要加强对连接绳的检查，必要时进行调整，确保排线的正常受力和排线美观适用。

2 包覆于浮筒上的副拦污网网绳未进行穿管保护，在运行中会存在被浮渣钩挂、拉扯的现象，且副网因露置于水面上，长期与空气、阳光接触，且，其老化程度可能快于置于水下的主拦污网网片，在运行过程中，每年对拦污排的例行检查应重点检查副拦污网的老化情况，发现破损情况及时进行处理。

4、结语

碗米坡电厂拦污排建成后，能够有效拦截机组进水口、技术供水坝前取水口区域水面98%及水下深1.5米95%以上的漂浮物，从根本上解决了电厂因水体浮渣较多引起的进水口拦污栅堵塞、坝前取水口堵塞、发电效益降低等问题。

本项目施工简单快捷，无论新、老水库，都可以随时施工，不影响电站正常运行发电，可供同类型水电厂借鉴。

作者简介：陈晓祥，男（1981-1-），工程师，本科，只要从事水电厂生产运营管理。