农村水电站拦污栅改造实践——减少水电站拦污栅水头损失探讨

肖国平

（祁阳县水利局 永州市 426100）

1 电站概况

祁阳县人民电站位于祁阳县肖家镇栗木村，为低坝径流引水式电站，建于1975年，电站基本参数：额定水头为21.7 m，最大水头为22.51 m，最小水头为18.9 m，额定流量34 m3／s，装机容量为4×1 500 kW，设计出力保证率为82%，多年平均发电量为2 212万kW·h。压力管道采取单机单管，4根压力管都带有独立进水闸门和拦污栅，同时压力前池入口安装一套拦污栅。该站引水渠长8 km，因电站集雨面积达812 km2，同时周边聚集人口多，河道内树枝，杂物等污物较多，污物沿引水渠进入压力前池。导致常年拦污栅堵塞，拦污栅处水速已达1.9 m／s，栅前栅后落差达1 m以上，严重影响机组出力和安全运行。

2 进水口拦污栅水头损失现状及电站经济效益影响

人民电站原有拦污栅设计在前池进口，断面过小，此前拦污栅处正常工作状态水速已达1.9 m／s。因为流速变快，拦污栅更易发生堵塞,当拦污栅被堵塞后，过流断面减少，水流速度会继续加大，造成水头损失。

电站实际运行中4台机组导叶全开，电站水头从21.7 m减少到21.1 m左右，水头损失0.6 m，洪水期甚至超过1 m以上。4台机组都达不到额定出力（设计值为6 000 kW，只能发出5 400 kW），同时因为机组处于非优工况区运行，振动、噪音加大，影响机组运行安全，降低机组使用寿命。更甚至因为水头降低，流速增大，导致拦污栅被堵塞变形，曾出现过拦污栅倒塌报废，造成停水停机。

根据历年数据测算，每年因为水头损失减少发电量达200万kW·h，按照0.32元／kW·h电价，直接经济损失达65万元。拦污栅水头损失直接影响到电站经济效益和安全运行。

3 减少拦污栅水头损失的措施

人民电站因为集雨面积大，河道内污物较多，大部分污物通过引水坝进入引水渠，同时原有拦污栅设计不合理，存在阻水断面过大、原设计位置过流断面小、流速过快导致水底污物无法清理等造成拦污栅堵塞从而形成水头损失，电站在尽量不改变土建结构情况下，采用先拦后疏的方法（即拦住大部分污物在引水渠之外，撤销原压力前池进口处拦污栅，对原压力前池进水闸前拦污栅进行改造，增加拦污栅过流断面），重新规划设计改良拦污栅的结构，同时配套回转式自动清污机捞渣系统。

（1）在大坝引水渠进水口前方增设一道浮动拦污排。电站原来并未在大坝引水渠进水口设置拦污栅，当时主要考虑设备的维护和人工问题，现在大坝引水渠进水口前方增设一道由铁链浮动铁桶连接起来的拦污排，投资小，无需维护，主要作用是拦截大坝上游水流表层漂浮物不进入引水渠，使之随洪水经滚水坝自动排至大坝下游，具体见图1。

图1 人民电站引水渠进口拦污排布置示意图

（2）撤销压力前池进口拦污栅。通过在大坝加装浮动拦污排，引起拦污栅水头损失的大部分污物被拦截在引水渠之外。未拦截下的污物通过引水渠进入压力前池，原有拦污栅安装在压力前池进口，直接在渠道过流道布置，上宽15 m，下宽5 m，高4 m，呈梯形结构，未设置开口缓冲，过流断面约80 km2，按照测算，就算未有任何污物堵塞断面，减去拦污栅本身总阻水断面15 m2，要通过设计34个流量，流速已经达到0.5 m／s。根据拦污栅水头损失△h（m）的开司其曼（Kirschmer）公式测算，此时拦污栅水头损失已达0.15 m，一旦污物堵塞拦污栅，水头损失一下子就达到1 m多，因而原压力前池进口处设计安装的拦污栅极不合理，决定撤销。

（3）改造原压力前池进水闸拦污栅，增加过流断面和安装全自动回转式清污机。撤销压力前池进口拦污栅和压力前池进水闸独立拦污栅，采用在压力前池4台机组进水闸位置安装全自动回转式清污机整体拦污栅系统。

回转式清污机是集拦污栅和清污机于一体的连续清污装置。以拦污栅为基础，通过绕栅回转链条将清污齿耙驱动，实现拦污及清污目的。回转式清污机由拦污栅，回转齿耙、驱动传动机机构，过载保护机构和不锈钢牵引链条等组成。回转式清污机可实现连续清污，全过水断面清污，清污效果好，栅体过梁支撑于混凝土基础之上，使清污机整体运行平稳，工作可靠，齿耙插入栅条一定深度，把附着在栅条上的污物带到清污机顶部，完成翻转卸污动作，保持过水断面清洁无污物。电机隐身于机架内部，防护效果好，实现无障碍清污。不锈钢牵引链条保证水下工作无锈蚀，免维护。结构见图2。

图2 人民电站前池回转式清污机结构图

压力前池进水闸位置宽25 m，高6.5 m，长方形结构，过流断面达162.5 m2，是原有过流断面的两倍，同时改造后在原有横梁工字钢支撑不动情况下采用厚度5 mm的镀锌扁钢代替圆钢，在强度不变的情况下阻水断面由l5 m2减少到10 m2。实际过流断面达到152.5 m2，是原来的2倍以上，在同等过流量的情况下，改造后过栅流速为0.3 m／s，基本避免了在拦污栅位置的水头损失。同时流速的减缓，也有利于捞渣系统的效率。

原有拦污栅和改造后拦污栅流速水头损失对比见附表。

4 结 语

综上所述，通过标本兼治，在电站大坝引水渠口附近安装浮动拦污排，撤销压力前池进口拦污栅，再彻底改造压力前池进水闸前原有拦污栅，采用全自动回转式清污机整体拦

附表 拦污棚改造前后流速水头损失对比

污栅系统，增加了拦污栅过流断面，先拦后疏，减少拦污栅的污物堵塞，最大限度减少拦污栅的水头损失，提高发电效益。人民电站通过一系列改造，经过试运行，机组出力在相同流量下出力增加5%，4台机组出力从原来5 400 kW增加到5 900 kW，拦污栅改造后年增加发电量200万kW·h，年增收65万元，经济效益十分明显。人民电站对拦污栅改造减少拦污栅水头损失，增加机组出力，提高发电效益，值得小型水电站借鉴。