引水式电站金属结构设备布置设计与研究

邢怡芳　郭富权

摘 要：引水式电站是一种较为常见的电站类型，其金属结构设备的布置具有一定的相似性和代表性，合理的布置设计对整个工程设计管理有着极其重要的意义。

关键词：引水式电站；金属结构设备；布置形式

中图分类号：TV34 文献标识码：A

1.概述

引水式水电站是自河流坡降较陡、落差比较集中的河段，以及河湾或相邻两个河床高程相差较大的地方，利用引水道引水而与天然水面形成符合要求的水头落差发电的水电站。引水式水电站的主要任务是发电，其装机容量主要取决于水头和流量的大小。由于山区河流的特点是流量不大，但天然河道的落差一般较大，因此， 引水式电站所需的发电水头可通过修建引水明渠或引水隧洞来取得。引水式水电站可分为无压引水式水电站和有压引水式水电站，区别是引水道的形式：无压引水式水电站的引水道为明渠、无压隧洞、渡槽等；有压引水式水电站的引水道一般多为压力隧洞、压力管道等。引水道的长度由几公里至几十公里不等。

引水式电站的主要建筑物由泄水系统和引水发电系统建筑物等组成。电站的金属结构设备由分布于这些建筑物处的拦污栅、闸门及其启闭设备组成，其担负着整个枢纽控制水位、宣泄洪水、保护机组正常运行等任务。

2.引水发电系统建筑物的金属结构设备布置设计

引水式电站的引水道位于河道一侧，引水系统的金属结构一般由进水口的拦污栅、事故闸门/调压井事故闸门、施工支洞进人检修闸门和尾水管出口的尾水检修闸门及其启闭设备组成。

2.1进水口拦污栅及其启闭设备

电站进水口的拦污栅的设置形式，可根据上游来污物的种类、数量和对清污的要求不同采用不同方式。如果污物情况严重，可采用安装回转式清污机，随时清污；如果污物情况不太严重，可采用固定式拦污栅配合清污抓斗装置，在需要时清污；如果污物情况较轻，可采用两道拦污栅前后设置，两道拦污栅轮换工作，拦污栅提出坝面进行清污。

回转式清污机需要在坝面安装污物传送带设施，方便车辆可直接将污物装车运走，否则只能靠人工清理。

固定式拦污栅和清污抓斗装置配合工作的形式：固定拦污栅为倾斜布置，栅体上设计有清污抓斗的工作轨道（有时栅条可兼作清污抓斗轨道），方便清污抓斗装置对固定拦污栅进行污物清理。清污抓斗装置安装在坝顶的混凝土梁上，沿其轨道可左右移动。

两道拦污栅前后设置轮换工作的清污形式：攔污栅为直立滑动式，前道栅为主栅，后道栅为副栅。主栅需要清污时，先将副栅放入副栅槽中开始工作，然后将主栅提出坝面进行人工清污。清污结束后，仍将主栅放入主栅槽中工作，提起副栅。整个过程需要移动式启闭机配合抓梁或拉杆完成。

以上3种拦污栅的设置形式都避免了清污时需要机组停机的情况发生。

2.2进水口/调压井事故闸门及其启闭设备

进水口/调压井事故闸门，虽然布置位置不同（进水口事故门布置在拦污栅之后，调压井事故门设置在调压井后侧），但运行要求都相同：均为动水关闭，静水开启，不允许局部开启状态下动水过流，采用门顶充水阀充水平压，启门操作时要求启门水头达到允许水压差以下。

进水口事故闸门可根据闸门数量多少及其前拦污栅的设置情况，采用移动式启闭机或固定卷扬式启闭机操作启闭。

调压井事故闸门一般为一孔一扇设置，故采用固定卷扬式启闭机操作启闭。

2.3 电站施工支洞进人检修闸门

施工支洞进人检修闸门布置在施工支洞和引水隧洞交汇处，可方便实现定期对引水隧洞进行检修维护工作。该闸门的运行工况是：在无水状态下由人工开启，闸门为转动开启式，平时过流时关闭该闸门挡水。

2.4 尾水检修闸门及其启闭设备

尾水检修闸门布置在尾水管出口，可根据初期发电需要，按一孔一扇布置。 尾水检修闸门运行工况为静水启闭，充水平压后在允许启门水头差下启门。

尾水检修闸门一般孔数较多，可用移动式启闭机配合自动抓梁或拉杆启闭。

3.泄水系统建筑物的金属结构设备布置设计

泄水系统建筑物的布置除保证安全宣泄各级设计洪水外，还要兼顾电站的取水防沙、排除污物及清淤保库等综合要求。主要建筑物形式有以下几种：溢流坝、泄洪闸、溢流表孔、泄洪排沙底孔、施工导流明渠或者施工导流洞等。

在保证正常发电的前提下，兼顾库容、洪水期洪峰流量、库区泥沙淤积程度、泄水建筑物泄流能力、施工导流布置等要求后，可灵活采用各种建筑物形式单独或相组合的布置方式。比如：

（1）电站要满足二期导流和泄洪要求，还要满足中小洪水运用要求，且兼顾电站进水口门前清的任务，可采用泄洪闸与施工导流明渠结合的布置形式；

（2）电站常遇小洪水情况，除发电外，多余洪水可经溢流坝自由出流，入库洪水流量增大后，泄水闸须开启投入运行，并按实际运行要求调整泄洪闸的开度，采用泄洪闸和溢流坝相结合的布置方式。

（3）电站坝址所处河谷狭窄，洪水期洪峰流量大，水位高，水库库容小，泥沙淤积后水库可利用库容对洪水没有调蓄作用，可采用溢流表孔和泄洪排沙底孔相结合的布置方式 。

泄水系统建筑物的金属结构设备根据布置位置和运行工况的不同，有工作闸门、事故闸门和检修闸门及其相应配套的启闭设备。

3.1工作闸门及其启闭设备

泄水系统的工作闸门一般采用门型为弧形闸门（若水头较低可采用平面闸门，须做模型试验，确定动水局开的开度），根据挡水水头不同有表孔弧门和潜孔弧门两种形式。河流泥沙情况严重的需要考虑门前淤沙高度，并将泥沙压力、泥沙黏滞力计入设计计算中。表孔弧门设计还应根据实际情况考虑波浪压力。

弧形工作门的运行工况为：动水启闭，可局开或全开泄洪、冲沙。

弧形工作门一般采用液压启闭机启闭，其控制方式为现地控制和中央集中控制，故现地及远程均能实现对弧形工作闸门的启闭操作。

3.2事故闸门及其启闭设备

事故闸门设置在工作闸门前面。事故闸门运行工况为动水闭门，静水启门，充水平压后，在水头差不大于允许启门水头差时操作启门，不允许局部开启状态下动水过流。

事故闸门根据布置位置和数量，可采用固定式或移动式启闭机操作启闭。固定式启闭机可直接连接闸门进行启闭操作，移动式启闭机需配合抓梁或拉杆对闸门进行启闭操作。

3.3检修闸门及其启闭设备

检修闸门设置在工作闸门或事故闸门前面。设置在溢洪道工作门前的检修闸门多采用叠梁闸门。检修闸门运行工况为静水启闭，充水平压后，在水头差不大于允许启门水头差时操作启门。

检修闸门平时在门库存放，采用移动式启闭机配合抓梁操作启闭。

3.4导流闸门及其启闭设备

导流闸门设置在导流洞进口，结合工程施工工期和初期发电的各种运行工况和水位确定安装平台的高程。导流洞封堵时关闭该闸门，形成堵头封堵，下游用混凝土回填导流洞。

导流闸门的运行工况为动水启闭，启闭水头和挡水水头根据实际工况确定。导流闸门一般采用固定式启闭机配合拉杆操作启闭。

结语

本文较全面地介绍了引水式电站的金属结构设备布置形式种类，设计者在对整个工程的金属结构设备布置设计过程中应遵循简洁、实用、经济及设备易维护等的原则。

参考文献

[1]杨薇.引水式电站金属结构设计分析[J].小水电，2015（6）：48-50.

[2] NB 35055—2015，水电工程钢闸门设计规范[S].

[3]陈丽君.水电站拦污栅清污设施综述[J].河海科技进展，1992（2）：60-65.endprint