低水头大流量电站拦污栅的实用设计

滕少华

(怀化市水利电力勘测设计研究院，湖南■怀化■418000)

1　概　述

拦污栅一般设置在水电站的进水口处，用以拦阻可能进入引水道内的杂物，如树枝、杂木、水草及浮冰等，以保护水轮机、闸门、阀及管道等设备的正常运行。拦污栅的布置对水电站的安全运行非常重要，必须对河流中所夹带的杂物性质、数量及其清理方法等进行全面考虑。如果布置不当则会在经济上及运行管理上造成很大的损失和不便。

拦污栅的设置常需考虑下列因素：一是进水口的型式、位置及其在水下的深度。二是管道的引用流量及允许过栅流速。三是水轮机、闸门、阀的类型及其有关尺寸。四是杂物的性质、数量。五是清理的措施和对杂物的处理方式。

拦污栅设在进水口的首部，位于检修闸门和工作闸门的上游，一般设置1道拦污栅，但在某些杂物较多而又不便于设置机械清理的深式或浅式进水口，可以设置两道，以便于轮换提出水面清除杂物。拦污栅一般采取一栅一槽并与闸门分别设置，但也有的进水口为缩短其长度而将拦污栅和检修闸门共用一槽的；在正常运行时在槽内放置拦污栅，电站设备需要检修时将拦污栅提出门槽后放置检修闸门。这种布置缩短了进水口的长度，节省了1道栅槽，但也增大了检修闸门的尺寸，运行不够方便。

防止拦污栅堵塞目前采用的措施有拦、清、排等方法。

拦污栅本身是“拦”，将杂物拦在栅上。在杂物多时，还可考虑设拦污排、浮筒于拦污栅前，以减少在栅条上的杂物量。

清的方式一般分为人工清除、机械清除和提栅清除。人工清除使用齿耙清除和潜水员。齿耙清除栅前水深一般不超过4 m，杂物数量较少。当深式进水口拦污栅发生堵塞事故时，则用潜水人员下水清除，但此种方法一般不用。机械清除目前常用的清理机械有耙斗式、悬吊式、回转式及抓斗式等。当电站进水口设置清污机有困难时，可在进水口轮流提起拦污栅至平台上进行清除，起吊设备可与检修闸门的移动台车共用。

排是充分利用枢纽泄水建筑物闸门经常向下游泄水的条件，从布置上解决使污物不易贴附到拦污栅上而自动排到下游的工程措施。为了减轻对进口拦污栅的压力，一般在离进水口几十甚至上百米之外加设1道粗栅或拦污漂排，拦截粗大的漂浮物，并将其引向溢流坝。溢流坝靠厂房进水口侧闸门顶部设置1扇液压控制舌瓣门，将漂浮物冲至下游。为了使漂浮物在水力作用下能较顺利的排至下游，应使拦污排相对于水流方向有一定的偏斜角，角度一般不大于30°。目前多数水电站均采取拦污浮排加进口1道拦污栅这种拦污方式。

2　实例分析

许多河流洪水期漂浮物骤增，进口处的拦污栅极易堵塞，清污不易，可能使水电站被迫减小出力甚至停机；压坏拦污栅的事例也曾发生。近年来，为降低淹没损失，一级高水头电站改为几级低水头电站的情况时有发生，或为充分利用水资源，低水头电站也大量兴建。低水头、大流量的灯泡贯流式机组的大量采用，使以上问题更为突出，需要找到一种适宜的方法解决。

锦江水电站位于沅江一级支流辰水下游，坝址控制流域面积6 811 km2，多年平均流量168 m3/s。电站正常蓄水位130.5 m，死水位130.0 m，装机容量3×4 MW。最大水头7 m，最小水头3 m，设计水头5.4 m，电站引用流量3×87.3 m3/s，多年平均发电量5 046万kW·h；2005年开工建设，2007年建成发电。电站拦污设施最初采取的是拦污浮排加每台机进水口设1道拦污栅，拦污栅提至平台进行清除，起吊设备与检修闸门的移动台车共用。拦污栅孔口尺寸(宽×高)8.1 m×13.2 m，栅条间距16 cm，平均过栅流速1.06 m/s。电站运行头两年，汛期拦污栅经常堵塞，导致电站出力减小，对发电效益影响较大。后经业主要求，对电站拦污设施提出改造方案：一是将拦污排岸边固定点往上游方向移动62 m，将原拦污排与水流方向的夹角由33°调小至25°。二是考虑电站水头较低,沿厂坝连接处闸墩平行水流方向向上游延伸35 m，后转折35°接河岸，长度共96 m，在进水渠拦砂坎顶125 m高程上设置固定式拦污栅。固定式拦污栅间距6 m设置1.5 m×2.0 m的钢筋混凝土支撑柱，期间设固定式栅条拦污栅，拦污栅顶采用2.0 m×0.6 m钢筋混凝土板连通，板顶高程131.5 m。固定式拦污栅扁钢栅条(10 mm厚)间距16 cm，取消每台机进水口处的拦污栅。经过这样改造后，3台机满发时平均过栅流速降低为0.84 m/s，2台和1台机满发时平均过栅流速分别降低为0.56 m/s和0.28 m/s。方案提出后，业主由于资金原因，拦污栅顶钢筋混凝土连通板没有实施，其余均按设计施工。自2011年改造以来，取得了较好的效益：拦污栅堵塞情况大为减少，电站汛期平均发电量增加8%以上。

高家滩水电站位于湖南省沅陵县境内的怡溪干流上，怡溪为沅水一级支流，位于沅陵县东南部，流域面积874 km2。电站坝址控制集雨面积433 km2，正常库容为135万m3，装机容量2×2 MW。正常蓄水位125 m，死水位123 m，最大坝高11.2 m，820 m长隧洞引水，两机引用流量2×15.9 m3/s，设计水头15 m，多年平均发电量1 348万kW·h；2012年开工建设，2015年建成发电。电站取消常规检修闸门和工作闸门上游门槽内的拦污栅布置，沿隧洞进水口三边拦砂坎顶118 m高程上设置固定式拦污栅(整体外凸式布置)，长度18 m。固定式拦污栅间距4.5 m设置0.6 m×1.2 m的钢筋混凝土柱，柱顶高程126 m，在柱中部和顶部设置钢筋混凝土圈梁，其余空间布置固定式栅条拦污栅(拦污栅与进水口之间顶部126 m高程也布置栅条封闭)，扁钢栅条间距16 cm。人工使用齿耙清除。2台机满发时平均过栅流速为0.44 m/s，1台机满发时平均过栅流速为0.22 m/s。该方案与拦污浮排结合，固定式拦污栅投资不大，电站建成发电以来，运行良好，拦污栅堵塞很少发生，大大减少了清污工作量。

白渔潭水电站为河床式低水头电站，最大坝高14.3 m，位于湖南省衡阳市东北部耒水下游，系耒水梯级开发的最后一级，工程以发电为主，兼管航运。坝址以上流域面积11 170 km2，多年平均流量310 m3/s。水库正常蓄水位为58.00 m，死水位57.0 m，设计洪水位64.36 m，校核洪水位65.95 m，正常蓄水位以下库容为0.36亿m3，总库容2.65亿m3，为日调节水库。电站装有8台轴流转桨式水轮发电机组，设计水头6.2 m，额定流量53.5 m3/s，总装机容量21.9 MW。电站于1960年10月建成，年均发电量1.06亿kW·h。2000年后，湘江大源渡电站建成投产，抬高了该站的下游水位，现年均发电量0.543 5亿kW·h。

白渔潭水电站进水口拦污设施采用常规布置：由长约140 m的浮筒钢丝绳拦污排和每台机进水口的拦污栅组成。每个进水孔口采用折线四边形布置，共4个栅孔，栅孔尺寸为2.42 m×12.5 m(宽×高)。为降低过栅流速，进水口底板在拦污栅处呈V形下凹2 m，栅条间距15 cm，平均过栅流速为

1.1 m/s。由于电站位于耒水下游，坝址以上流域面积大，特别是在汛期河流中漂浮物多，导致发电时栅前栅后有明显的水位差，水头损失大。2015年在该站启动增效扩容改造时，考虑到电站水头低，进水口为多孔，采取了将各进水口的拦污栅连通式布置的改造方案：拆除目前的各折线拦污栅，往上游方向上移4 m，形成8台机进水口连通的布置方案。虽然电站8台机满发时的平均过栅流速只降低为0.92 m/s，但只有部分机发电时，由于水流在拦污栅后互相沟通、补充，当拦污栅的某一部分被堵塞后，其他部分仍可以补水，起到互为备用的作用，就可大幅降低过栅流速。同时，由于过栅流速的降低，也可以有效降低垃圾在拦污栅上的吸附力，减少清污工作量。该方案顺利的通过了省厅审查。

3　结　语

对于低水头、大流量的进水口，为减少拦污栅的堵塞、破坏，需要找到一种适宜的方法解决。通过工程实例，介绍了一种经济适用的低水头拦污栅的设计方法：不拘泥于一机一槽一栅的常规布置，结合拦砂坎的设置(适当远离进水口)，采用钢筋混凝土和栅条结合的结构型式，将各进水口的拦污栅采用连通式、分段式或整体外凸式布置，使各进水口的水流在拦污栅后互相沟通，从而有效降低过栅流速。当机组非全部运行时，效果更为明显。该方法简单易行，成效明显，具有一定的推广价值。

参考文献：

[1]黄求凤．浅析进水口过栅流速对焦湾电站效益的影响[J].福建建材,2016(4):117_118.

[2]朱凤霞，等.拦污栅栅条截面形式对水流特性的影响[J].水电能源科学,2017(2):112_115.

[3]蒋建新.闸坝电站的排污探讨[J].中国农村水利水电,2009(12):149_150.