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水利工程论文-严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验.doc

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水利工程论文-严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验.doc

水利工程论文严寒地区引水式水电站设计和安全运行经验摘要根据新疆阿勒泰地区的气象、冰情等特征,结合当地的实际情况,对引水式水电站设计、冬季安全运行进行了分析、经验总结。关键词严寒地区水电站设计安全运行阿勒泰地区位于东经85º3157~91º0115,北纬44º5935~49º1045,地处新疆维吾尔自治区最北部,气候特点是春旱多风,夏短不热,秋高气爽,冬季严寒而漫长,全年冬季长达5~6个月,极端最低气温达-51.5℃,最冷月平均气温达-18℃~21℃,河内冰厚0.5~1.0m,冻土深1.2~1.5m。经过40年的建设,阿勒泰地区已建成电站20余座,除可可托海电站、富蕴县一级电站等为坝后式电站外,其余多为明渠引水式电站。现结合我区几十年来积累的经验,就引水式水电站的设计要求和运行管理两个方面作一初步总结。1对引水式电站的设计要求1.1引水枢纽的布置及形式的选择在地形条件允许时,应考虑在电站上游建水库,以便冬季蓄冰,蓄冰库设计,不能仅以回水曲线形成的上游容积为界,应考虑到冰凌堆积和冰盖翘起后,来凌仍可向上游堆积一段距离,一般蓄冰静库容达到年输冰量的1/3即可。对于没有条件修建蓄冰库的引水枢纽,需考虑泄洪、排砂、拦冰和排冰措施。进水口应放在设计水位以下5~6m,以防止进水口控制设施的冻结。引水枢纽宜选择在河床较稳定的平直段内,以防闸前冰凌堵塞,拦河溢流坝或导流堤需适当增加超高,应大于河道冰厚,避免因闸前进水受阻时坝顶溢流而造成跑水。对于冬季流量较小的河道应能使河水全部进入引水渠,采用底栏栅式进水闸较好,这样能避免冰块进入渠内。对于冬季河道流量较大的电站,采用新疆常用的弯道式渠首,排冰效果较好,耗水量也小。1.2引水渠设计1.2.1渠线选择为保证电站冬季顺利排冰,引水渠应尽量将渠线选择在河谷的阳坡,利用冬季阳光的辐射来提高水温,减少再生冰。渠线应直、顺,当必须设置弯道时,其弯道半径宜大于10倍设计水面宽度,以避免冰块在弯道上堵塞渠线宜布置在挖方段,不宜布置在填方段,避免冰盖推力而引起渠堤滑坡、渠道决口。富蕴县二级电站引水渠道大多为填方,冬季运行时曾发生多起渠道决口事件,严重影响安全生产。1.2.2渠道断面为了防止冬季渠道水热量的散失,形成稳定的冰盖,采用窄深式弧形渠底矩形或梯形断面比较适宜,弧形渠底采用浆砌卵石结构,边坡采用混凝土结构,这样渠道抗冻性好,边坡比较光滑,渠道挂冰现象少,对安全运行有利。渠道超高大小,要充分考虑冬季渠底和渠岸自生冰凌对过水断面的影响,一般要求以大河的冰盖厚度再加大30~60cm作为超高,这样可以保证冰盖形成以后,渠道仍有足够的过水断面。1.2.3流速渠道设计流速的大小,主要按渠道运行方式而定。当引水渠采用输冰运行时,渠道流速可在1.1~1.5m/s,不能大于1.5m/s。对于结冰盖运行的的电站,渠道流速一般在0.5~0.6m/s,既缓流运行,又无冰塞现象。黑山头水电站引水渠设计流速,当初没有考虑到冬季输冰运行要求,引水渠除部分渠段(矩形断面)流速能达到1.1m/s外,其余渠段(梯形断面)流速在0.5m/s以下,因此每年冬季冰塞或决口事件多发生在此渠段。1.2.4糙率当冰盖下满流输水时,综合糙率按下式计算nn1〔1an2/n12/1a〕1/2ax2/x1式中n-冰盖综合糙率系数x1-渠道湿周长度,mx2-冰盖湿周长度,mn1-渠底及边坡的糙率系数n2-冰盖下表面的糙率系数,可按下表选用。冰盖下表面糙率系数n2结冰期平均流速vm/s糙率系数n2无冰凌,冰有裂缝有冰凌,冰有裂缝0.4v≤0.60.010~0.0120.012~0.0140.6v≤0.70.014~0.0170.017~0.0201.2.5纵坡结冰盖运行时,纵坡设计要根据地形条件、水能设计和工程造价,综合考虑选定,要以流速进行控制。输排冰运行时,纵坡采用前段陡些,以满足输冰流速要求,后段应在排冰闸前取20~40m的缓流段,以满足浮冰、排冰流速的要求1.3前池冬季安全运行,前池容积应适当加大,容积应计入冬季正常水位运行时冰盖所占有的容积,这样一是可以避免漫顶失事,二是可以降低流速,使上游所进冰凌均浮于水面之上,便于排除。前池一般需设置1~2条导凌筏,将渠道来冰导至排冰闸前集中排走,导凌筏与水流夹角不大于30º为宜。前池以正面排冰,侧面取水形式为佳,因为这种形式排冰和来水方向一致,可以充分利用水的表面流速,因而排冰耗水量小,排冰效果也好。排冰闸应与引水渠中心线布置在一条直线上,这样可使闸前水流平稳,闸前无回流和旋涡。排冰闸闸前渠内流速一般在0.7m/s左右,过闸流速一般要求大于1.5m/s,过闸排冰水深要大于最大冰块厚度,闸孔宽度要大于最大冰块宽度,出口应与陡坡平顺连接,陡坡宽度不小于排冰闸闸孔宽度。从我区几个水电站来看,前池闸室应设在室内,拦污栅的布置一般设在检修闸门与工作闸门之间为好,且布置在前池闸房中,闸房用电热或汽暖采暖,冬季室温应始终保持在0以上。为了使水道与前池闸房之间形成封闭,压力前池上游承重梁的高度应与前池正常水位相齐,目的在于水电站冬季运行时,使冰盖结在前池正常水位以上,此承重梁与冰盖封冻在一起,从而使冷空气进入不到闸房中。1.4压力管道和尾水室对于压力管道防冻,一般采用深埋式(大于冻土深)或加盖暖棚的办法进行压力管防冻。北屯一、二、三级电站利用利用下半夜甩负荷时的余电对压力管进行电力加热,有效地防止了冰冻问题。尾水室以淹没式为优,非淹没式圆锥钢尾水管,管内极易冰冻,对正常运行不利。2对引水式电站运行管理上的要求2.1流冰期应注意的问题阿勒泰地区一般每年10月下旬至11月中旬为流冰期,大河引进的冰凌加上渠道的再生冰,极易发生堵塞。流冰期要特别加强巡渠和各站点的值班监视工作,及时清除闸前和渠边挂凌和冰塞,以保持水流稳定,畅通无阻。若在此期间又遇上大雪,应特别注意。其它还应注意a.使进水流量保持稳定,可适当加大,但不宜减少b.要充分发挥排冰闸的作用,排除冰凌冰块c.若遇堵塞,应自下游向上游进行排除,可用一小瓶内盛100g左右的炸药,点着投入冰塞处进行爆破,效果很好。2.2引水渠道结冰盖运行渠道在每年11月下旬,随着气温逐渐降低,特别是遇上寒流,气温骤降,渠道浮冰连在一起形成冰盖,冰盖一般呈拱形,即冰盖表面为水平,岸边较厚,形成以渠边为拱座的拱形体,岸边冰厚达30cm以上,渠中心较薄。为了保持冰盖的稳定,必须保持高水位运行,有时宁可少发电保持水位不下降。同时还要在各电站准备好水电阻,调节保持发电机的出力稳定,以防外网突然甩负荷,使渠道水位上升,当渠道中心冰盖厚度达到20cm左右时,即可在冰盖上每隔100~150m打一直径为30cm的冰洞,这样当渠中水位变化时,冰洞可起调压作用,当水位降落时,冰洞进气消除负压,避免垮冰当水位升高时,水就从冰洞溢出来,漫流在冰盖上的水,遇冷空气又结成冰,可以使冰盖加厚,一般后半夜负荷较轻,这时候可减少泄水道的排水,有控制地增高渠道水位,使水流不断从冰洞溢出来,结成70~80cm的理想冰盖,进入冰盖运行期。春季化冰期一般在4月初到4月下旬,这期间主要是防止冰盖下塌结成冰坝而堵塞渠道。这就要求加强渠道巡视,疏通退水渠和尾水渠,打掉泄水道上的冰盖,从下游往上游排冰,如遇堵塞处或发现有冰盖下塌,尽量用人工疏通,打碎的冰块不宜太大,防止因疏冰而造成新的堵塞或采用人工定位爆破,将冰块炸碎,再用人工进行疏通。3结语我区冬季严寒,负温历时长,冰害严重,但只要根据气象、水温、冰情、工程条件等,制定符合实际情况的电站设计和运行管理制度,妥善解决冰冻问题,严寒地区水电站的冬季运行是完全有保障的。

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