基于拦污能力提升的华口水电站节水增电技改研究

郑家回

（福建省漳平市华口水电有限公司，福建 漳平 364400）

华口水电站位于福建省漳平市芦芝乡，是漳平市重点工程之一，电站在九龙江北溪上，九龙江北溪是福建省第二大河，多年平均年发电量1.2亿千瓦时。华口水电站的水库，部分位于漳平市内，是漳平市美丽的风影线。九龙江北溪流经龙岩市、漳平市等重要城市，河流中存在大量生活垃圾，以及大量外来物种水芙蓉，目前，经国家大量治理生活垃圾已大量减少，但在大雨过后还是会出现大量的垃圾以及水芙蓉，水芙蓉不但影响水中水生生物的生存，也对电站的发电效能造成重要影响。水芙蓉与垃圾堵塞拦污栅，导致发电用水不能得到快速补，降低了发电水头影响发电量。华口电厂为卧室贯流式机组，单机额定流量170m3/s，上游有粗细两层拦污栅，正常两台大机满负荷运行流量在300m3/s以上，这种低水头大流量的生产方式倒至其对入水粗栅的要求变得较高。华口电厂原粗栅设计太小而且为长方型。粗栅前的污物使发电水头损失巨大，且难以清理，难以满足本厂的需求。为满足本厂节水增发电的一贯精神，通过技改增加发电水头，比如，下游河道清理和增加上游水位等，其中拦漂和截污也成了其中节水增发电的强有力方法之一。华口电站启动基于拦污能力提升的电站节水增发电技改研究，分别考察了在水电站进水口前水库增设拦漂装置和扩大粗格栅两个技术方案，以水头损失、清污水量以及发电量作为评价指标，优化水电进水口拦污设施，为山区阶段水电站的优化运行提供技术支持。

1 强化拦污技术措施

（1）拦漂排设置。增加拦污栅范围可以减少污物对发电水头损失的影响。拦漂的安装于2016年安装完成，位于水电站前100米处。由一根钢丝绳为受力主轴，横跨56米过水断面；拦漂装置上面捆绑泡沫塑料用以栏阻漂浮物，下方还悬挂鱼网用石头拉紧以栏阻部分水下悬浮物进入。2018年对粗栅进行了扩大改造，增加了粗栅范围，并将原设计的长方型改为扩大三角型。

（2）评价指标。基于拦污能力提升的华口电站技改研究主要评估设置拦漂排和扩大粗格栅对站前水头损失、发电水头以及单位发电耗水量进行评价。

站前水头损失系指拦漂前水位与粗格栅后水位的差值；发电水头系粗格栅后水位与电站出口水位的差距。各类水位值可以通过观测水位标尺获得。单位发电耗水量系指每发一度电所需消耗的水量，通过采集发电控制系统中发电量数据和水量数据获得。

2 结果与讨论

（1）拦漂排对水头损失和发电能力的影响。栏漂在粗栅外在一定程度上扩大了粗栅的范围，将大量漂浮物：水芙蓉、竹子、木材等阻挡在栏漂外，加大进入粗栅水流的顺畅度。栏漂的安装使华口电厂水头得到了提高，减少了水头损失。如图1(a)所示，没有设置拦漂排时，水电站前水头一般在0.5～0.9m，特别是在洪水期水头损失会上升到第二天就会达到0.7～1米。设置拦漂排以后，站前水头损失稳定在0.3～0.5之间，即使洪水期也无需清污，在机组满负荷情况下，上游水头损失也能控制在0.4米左右且相当稳定。一次清污弃水的浪费就达30～100万m3，可见技改的经济效益显著。因此，设置拦漂排减少清污次数，降低职工劳动强度机组损耗。

如图1(b)所示，栏漂安装前后洪水污物对节水增发电具有显著贡献。安装拦漂排前两机满发负荷平均为16100kW，而栏漂安装后两机满发负荷为16800kW；在单机情况下都可带负荷至17500kW，但是，栏漂安装前单机满负荷平均导叶开度为84%～88%，而漂安装后单机满负荷平均导叶开度为82%～84%。如图1(b)所示，在装拦漂前年均单位发电水量为29.5m3/度；在装设拦漂后年均单位发电水量为28.5m3/度。但是，拦漂也存在抗洪水能力弱、漂浮物影响湖库景观以及使用寿命短等问题。

图1 拦漂排对水电站前水损(a)以及发电水头与耗水量(b)的影响

（2）扩大粗格栅对水头损失和清污的影响。针对拦漂排的不足，采用扩大粗格栅方式进行了技改研究。如图4所示，经过扩大粗格栅改造以后，站前水头损失进一步下降至0.2m以下，明显降低了站前的水头损失。如图2(b)所示，扩大粗格栅后，电站的平均发电水头从13.1m增加至13.4m，单位发电水量从28.5m3/度降低至28.15m3/度。这说明扩大粗格栅改造也可以显著降低发电水头的降低，增加发电量。此外，按目前环保要求，现在清污已经不能将污物水芙蓉排到下游，必须进行人工清污，排污用水目前已不存在，由于以前长方型拦污栅小对栅前污物吸力大及难清污，若停机清污又会造成生态流水中断。现在有了扩大粗栅后，上游差不多污物的情况下清污时间只要原来的一半，减少了人成本，而且使清污的及时性得到了有效的提高。

图2 扩大粗格栅对水电站前水损(a)以及发电水头与耗水量(b)的影响

（3）基于拦污能力提升的技改效益分析。经过上述研究可知，安装拦漂后单位发电耗水量明显减少但不稳定，安装扩大粗格栅后单位发电耗水量明显减少而且十分稳定，同时使污物清理变的容易且容易做到及时。在装拦漂前年均单位发电水量为29.5m3/度；装设拦漂后，年均单位发电水量为28.5m3/度；装设扩大粗格栅后，年均单位发电水量进一步下降至28.15m3/度，按一年发电1.2亿度电计算：在同样的入库流量的前提下，装设拦漂后增发电量421万度/年；装设扩大粗格栅后可增发575万度/年。

3 结语

基于拦污能力提升的水电站技改研究具有经济技术可行性。设置拦漂排可使站前水头损失减少0.3m以上；在装拦漂前年均单位发电水量为29.5m3/度，装设拦漂后年均单位发电水量为28.5m3/度，装设扩大粗格栅后，年均单位发电水量进一步下降至28.15m3/度。在同样的入库流量的前提下，装设拦漂后增发电量421万度/年；装设扩大粗格栅后，可增发575万度/年，经济效溢显著。同时，扩大粗格栅使河内污物的影响得到了长期有效的解决，大幅减少清污维护等工作量，同时，保持华口电厂上游水库这道美丽的风景线。