浙职院水电站教学案例：已建水电站进水口的运行情况

已建水电站进水口的运行情况从已建水电站进水口的运行情况来看，大多数进水口都能满足设计要求，保证水电站的正常运行。但也有一部分电站由于对其自然条件认识不足或受社会因素影响，设计尚欠完善，在运行后暴露出了一些问题。这些问题归纳如下：一、污物问题污物(impurity，trash)带来的问题主要是堵塞拦污栅，这是我国水电站进水口运行中最为普遍的问题。约有半数以上的进水口曾发生不程度的堵塞拦污栅堵塞。轻者，堵塞会加大拦污栅的水头损失，减少进水口的引进流量，严重者会造成栅条变形或被压断，拦污栅最大压差高达11~12m。盐锅峡水电站：汛期有大量杂物被带到坝前，年总量在3000m3以上。进水口迎水流布置，无任何额外防护设施。1964年汛期，洪峰大、污物多，停机清污十分频繁，3~5天就要清污一次。8约12日，污物来势凶猛，来不及清理，先是堵塞拦污栅，接着泥沙受阻淤积，致使栅体压差达到近7米，最终将拦污栅压垮，被迫停机600多小时，折合损失240万元。1966年~1967年两年内因停机清污所造成的损失达到1569万元。黄坛口水电站由于地形条件不好，在进水口前行程大面积回流区，并出现漏斗漩涡。洪水季节有大量污物堆积，厚度近1m，漂浮物一旦被吸入漩涡，就会被附着在拦污栅上。1961年由于拦污栅堵塞使电站出力降低4000kW，拦污栅压差达到5.4m，最终导致拦污栅压坏脱落，被迫停机。电站进水口堵塞和拦污栅被压垮的原因，归纳起来有以下几个方面：(1)进水口为止选择不当，有的顶冲主流，有的位于聚集污物的回流区，同时缺乏拦导污物的设施。(2)对河流漂浮物的漂移规律、种类、及其数量等特征调查研究不够，防污设计一般化，缺乏专门的防污设施。(3)缺乏与污物种类和来量相适应的清污设备。(4)多数拦污栅没有装置监测压差的设施，没有建立正常的清污制度，贻误了时机。(5)早期设计的拦污栅，对污物堵塞情况认识不足，压差荷载假定偏小，栅条强度不够。二、泥沙问题从已建水电站的运行情况来看，不论是低坝还是高坝的进水口，凡是没有防沙设施或防沙措施不力的，都不同程度地存在着泥沙(sediment，silt)问题，如进水口淤积、过水部件磨损、厂房管路堵塞等。即使是深孔式进水口，如果不采取有力的防沙措施，致使淤积高程高于进水孔底板高程的情况也很常见。随着淤积的发展，进入水轮机的泥沙逐渐增多，水轮机的磨损也日益加重。此外，厂房的管路堵塞还会造成厂房内的水力量测系统失灵，冷却器失效，影响机组的正常运行。盐锅峡水电站装机8台，为低坝式水电站。该电站在运行二三年后，淤积累计总量达到1.54亿m3，占总库容的71%，坝前淤积到进水口底板高程。在其涉及中过高地估计了上游的水土保持效益，对库区的淤积形态估计不足，并寄希望于上游的刘家峡水电站先建并拦截泥沙，因此造成了大量泥沙过机，水轮机严重磨损，使机组效率降低2~5%，同时也降低了机械强度。因此检修次数增加、检修时间加长，检修费用加大。以4#机组为例，平均两年大修一次，平均每次大修工期为56d。刘家峡水电站位于盐锅峡水电站的上游，具有高坝大库，总库容为57亿m3。由于其上游含沙量很大的支流河的汇入，使泥沙不久即推移到坝前。设计中虽然吸取了盐锅峡的教训，左右岸均设置了排沙设施，但在实际运行中，排沙设施只能拉走部分进水口前的泥沙，1号和2号进水的泥沙无法解决，因此水轮机磨损严重。1985年以前，机组大修间隔时间为2.56年，平均大修一次为66d。1985年以后，机组大修间隔时间为1.96年，平均大修一次所需时间增加到103d。由于频繁检修，水轮机叶片不能恢复原状，使机组效率下降。泥沙问题的发生除运行因素外，属于设计方面的可归纳如下：1过高估计水土保持效益，以为泥沙将逐渐减少，河水逐渐变清，因而设计中没有采取防沙措施。对泥沙问题估计不足。2在防沙的规划思想上，寄希望于上游高坝大库的建设，希望能拦截部分泥沙。但实际上即使上游有高坝大库，拦沙总有一定年限，迟早还是要排沙的。3河流泥沙帐没有算清。对泥沙来量和库区淤积形态估计不足，致使防沙设施不完全，或进水口高程欠妥。4进水口位置选择不当，容易造成泥沙聚集。如澄碧河水电站建在山沟出口处，又未采取防沙措施，致使进水口前泥沙淤积3~4m。三、气锤问题气锤(airdrophammer，jackhammer)，又称气浪，是压力水道中剧烈波动的压缩气体由进水口通道冲出而发出的喷水现象，喷出的水柱高达10多米，破坏力极大，影响电站的运行。在被调查的51座电站中，有21座电站不同程度地发生过气锤喷水，有的接连发生。狮子滩水电站在低水位运行时，隧洞内一声雷鸣般的巨响，水从进水口的进人孔喷出，水柱高达10m以上，将进水口附近的铁盖板冲走。盐水沟水电站，运行中闸门提得过快，洞内水流从进水口的通气管喷出，射向闸门室，门窗被冲坏，门槽上钢梁被掀起。石泉水电站先后三次发生气锤喷水，严重的一次，喷水射到下游110kV开关站，引起双母线接地，造成重大的停电事故。发生气锤的原因：压力水道中混入空气。而空气的混入一是因为进水口低水位运行，淹没深度不够，空气随水流进入管道；二是因为管道充水过快，管内的空气来不及排出。由于空气被不稳定的水流囊括，压缩到一定程度，高压气囊便从进水口的各种通道喷射而出。气锤的防止：保证足够的淹没深度，进流要具有良好的流态，应提出进水口闸门的运行方式和管道充水要求，供运行单位制定严格的操作程序。四、漩涡问题在被调查的48座水电站中，有33座电站进水口、前缘水域不同程度地发生过漩涡(whirl，vortex)。多数为表面漩涡，强度不大，直观上没有对电站运行造成影响。当漩涡发展成贯通式的漏斗漩涡时，卷入漩涡的污物便沿漏斗而下，附着在拦污栅上，造成拦污栅的堵塞。黄坛口水电站的拦污栅堵塞就是因为出现漏斗漩涡带来的污物造成的。古田三级水电站，漏斗漩涡带来的污物首先压跨拦污栅，继而污物卡在水轮机内，将导叶折断。漏斗漩涡的产生原因：进水口地形边界条件差