吾庫沙克水電站前池改造

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吾庫沙克水電站前池改造 趙學(xué)平   張旭 　　關(guān)鍵詞　小型水電站　前池　技術(shù)改造　吾庫沙克水電站 0　概況 　　吾庫沙克水電站位于新疆疏附縣，始建于1976年，是利用下游灌溉用水進(jìn)行發(fā)電的徑流式水電站，也是克孜河出山口梯級(jí)開發(fā)的第5級(jí)水電站。水電站引用流量為26 m³/s，設(shè)計(jì)水頭H_p=14.5 m，單機(jī)設(shè)計(jì)流量Q_p=7.75 m³/s，安裝3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為800 kW。
　　電站改造前，壓力前池為正向進(jìn)水，正向引水發(fā)電沖沙，側(cè)向溢流排冰，單機(jī)單管供水方式，壓力管進(jìn)水口為常規(guī)，由快速閘門控制(見圖1)。 圖1　吾庫沙克水電站前池布置(改造前) 　　由于該電站直接從克孜河引水發(fā)電，而克孜河為多泥沙河流，多年平均含沙量為6 kg/m³，最大含沙量88.4 kg/m³。泥沙大量進(jìn)入前池后，底部?jī)煽着派晨卓跒橹苯蔷匦危荒芘懦倭磕嗌?，而大量泥沙隨水進(jìn)入壓力管，造成水輪機(jī)過流部件的磨損嚴(yán)重，加重了汽蝕破壞，使大修周期一直在4 000～5 000 h，造成電站不能正常運(yùn)行并使成本增加。同時(shí)，克孜河冬季行凌始于頭年11月，終于來年3月，行凌期長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，冬季冰塊、冰凌隨水流擁入前池，由于排冰堰設(shè)在側(cè)向，對(duì)排冰不利，從而阻塞了流道，使電站不能正常發(fā)電。1995年冬，曾因冰塊塞滿壓力管和前池，迫使電站停止發(fā)電，投入大量人力進(jìn)行清冰。因冰凍使快速閘門被凍死，在事故情況下不能及時(shí)切斷壓力管內(nèi)水流，造成事故擴(kuò)大，給電站帶來不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失。鑒于以上原因，吾庫沙克水電站自投產(chǎn)以來就不能夠正常運(yùn)行。為此，1996年疏附縣電力公司委托我院對(duì)吾庫沙克水電站前池進(jìn)行改造。 1　改造項(xiàng)目 　　吾庫沙克水電站因存在前池排冰排沙不利、快速閘門失效等問題，根據(jù)我院多年來對(duì)北方多泥沙河流上水電站設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)吾庫沙克水電站作了以下改造。
1.1　改變前池底板坡度、進(jìn)口形狀及設(shè)擋沙懸板
　　將原前池底板坡度由1∶6.49改為1∶1坡，使前室有一段水平段，便于泥沙沉積于前室底部。兩孔正向沖沙孔進(jìn)口由原直角矩形改為喇叭形，以增加干擾面積。并在攔沙坎上部投擋沙懸板，以防在水流的擾動(dòng)下，泥沙由攔沙坎進(jìn)入壓力管內(nèi)。使沉積在前室的泥砂在底層沖沙水的作用下全部排入泄水道。
1.2　設(shè)排冰懸板并改變前池寬度
　　根據(jù)該電站前池布置形式為正向進(jìn)水、正向引水發(fā)電和前池正向水流平穩(wěn)、流速大的特點(diǎn)，在冬季前池最低水位以下400 mm處，在前室設(shè)正向排冰懸板，表層水流水位由設(shè)在排冰懸板上的舌板門進(jìn)行控制。當(dāng)需排冰時(shí)，放倒舌板門。由于前池底板倒坡改為1∶1，前池進(jìn)口至懸板間距離較短，利用水流的慣性力將冰排入懸板后側(cè)的排冰槽內(nèi)，再排入側(cè)向的泄水陡槽內(nèi)排入大河。
　　前池排冰是否有效，與前池寬度有著密切的關(guān)系：前池過寬，水流進(jìn)入前池后，由于斷面增大而表層流速下降，低于輸冰流速，冰塊停滯在前池不能排泄；前池過窄，冰塊不能順利進(jìn)入前池，阻塞在前池進(jìn)口處和引水渠內(nèi)，使引水渠被冰凍死。根據(jù)我們多年的實(shí)踐研究，前池寬度應(yīng)大于冬季引水渠水面寬度，但不應(yīng)大于設(shè)計(jì)引水量時(shí)水面寬度。冰能順利進(jìn)入前池，渠道來水表面流速在瞬間不能降低，從而保證冰塊從排冰懸板上排入泄水道，保證電站的正常運(yùn)行。吾庫沙克水電站引水渠冬季上游來水水面寬度為9.52 m，改造后的前池寬度為9.6 m，大于冬季來水水面寬度，從而保證了排冰效果。
1.3　壓力管進(jìn)水口由常規(guī)式改為虹吸式
　　常規(guī)式壓力管進(jìn)水口是利用快速閘門來控制水流，但由于雜草的阻塞和冬季冰凍而不能正常運(yùn)行。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，閘門止水失效，造成漏水，給停機(jī)后的機(jī)組產(chǎn)生無效磨損，給檢修帶來很多不便。將常規(guī)壓力管進(jìn)水口改為虹吸式進(jìn)水口后，由于虹吸式進(jìn)水口利用真空作用將前池水流引入壓力管內(nèi)，如需斷水時(shí)，只要將虹吸管駝峰內(nèi)的真空破壞后，便可切斷壓力管內(nèi)的水流。虹吸管內(nèi)抽真空采用真空泵強(qiáng)制抽氣的方式。由于常規(guī)進(jìn)水口室尺寸短，不便在駝峰堰下設(shè)充水管室，故需將尾水管出口淹沒在水中，機(jī)組流道處于封閉狀態(tài)，壓力管內(nèi)空氣由真空泵直接抽取，使駝峰前的水面在負(fù)壓的作用下上升，當(dāng)高于駝峰堰頂時(shí)，自動(dòng)翻堰向壓力管內(nèi)充水(此時(shí)水輪機(jī)導(dǎo)葉處于全關(guān)閉狀態(tài))，使壓力管內(nèi)充滿水，保證機(jī)組正常開機(jī)發(fā)電。當(dāng)需切斷壓力管內(nèi)水流時(shí)，開啟設(shè)在虹吸管駝峰頂板上的真空破壞閥，空氣進(jìn)入虹吸管內(nèi)破壞了虹吸管內(nèi)真空，駝峰前水位迅速下降，當(dāng)水位下降到低于駝峰堰頂，便可達(dá)到斷流。改造后的前池見圖2。 圖2　吾庫沙克水電站前池布置(改造后) 　　由于一般常規(guī)式進(jìn)水口的最小淹沒深度和虹吸式進(jìn)水口最小淹沒深度的要求有所差別，已有的壓力管進(jìn)水口淹沒深度是否能滿足虹吸進(jìn)水口要求，是常規(guī)進(jìn)水口能否改為虹吸式進(jìn)水口的關(guān)鍵問題。虹吸式進(jìn)水口要求在前池最低水位時(shí)，機(jī)組突然增加負(fù)荷，壓力前池末端出現(xiàn)落波后，虹吸管進(jìn)口頂部還要有不小于2.0 m的淹沒深度，以保證不產(chǎn)生吸氣漏斗，使空氣進(jìn)入虹吸管內(nèi)破壞內(nèi)腔真空，造成自然斷流。該水電站前池在最低運(yùn)行水位時(shí)，1臺(tái)機(jī)組負(fù)荷突然由零增至滿負(fù)荷，落波高度Δh=0.46 m，仍有2.0 m的淹沒深度，保證了虹吸管進(jìn)水口在任何前池水位時(shí)均能滿足其淹沒深度。改造是可行的。 2　改造效果 　　1997年冬季該水電站前池改造完畢，投入運(yùn)行后，引水渠大量冰凌冰塊被順利排入泄水道，沒有冰在前池和引水渠內(nèi)停留，壓力管也沒再發(fā)生冰阻現(xiàn)象。沖沙孔改造后，據(jù)電站工人們反映，過去進(jìn)蝸殼，首先要清理沉積在蝸殼內(nèi)的泥沙后才能對(duì)機(jī)組進(jìn)行檢查，現(xiàn)在多次進(jìn)入蝸殼，均無泥沙，可直接進(jìn)行機(jī)組檢查和檢修，說明泥沙均被排入泄水道，未能進(jìn)入壓力管。由于壓力管進(jìn)水口改為虹吸式進(jìn)水口后，在實(shí)際運(yùn)行中，強(qiáng)制性機(jī)械抽氣只需15 min，如果工作泵和備用泵在第1次抽氣時(shí)同時(shí)投入運(yùn)行，則抽氣時(shí)間更短。需斷流時(shí)，在前池直接操作或廠房遠(yuǎn)距離操作真空破壞閥開啟，只需5 s便可有效斷流。具有斷流凈、斷流時(shí)間短的特點(diǎn)。由于駝峰堰頂高于前池最高水位，前池水無法進(jìn)入壓力管，停機(jī)或檢修時(shí)，再無滲漏水對(duì)機(jī)組產(chǎn)生無效磨損和檢修不便的問題。
　　通過對(duì)吾庫沙克水電站的前池改造，為常規(guī)式前池改造開拓出了一條新路。說明解決北方多泥沙河流中水電站前池排冰、排沙問題和壓力管進(jìn)水口失控滲漏問題是可能的。 作者單位：趙學(xué)平　(喀什地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆喀什，844000)