泵站反向发电运行工况下拦污方案探讨

李 毅，殷振兴，陈超群

（江苏省淮阴第二抽水站管理所，江苏 淮安 223001）

淮阴二站是大（2）型水利泵站，工程建成于2002年，是南水北调东线应急工程之一，承担着向洪泽湖和淮北地区补水的任务，属于江水北调第三梯级泵站。淮阴二站安装有3.1ZLQ-5型的立式轴流泵3台套，配用TLW2800-40/3250型同步电动机3台套，总装机容量8 400 kW。设计流量100 m3/s， 设计扬程4.4 m。2014年管理单位对3号机组进行改造，目前机组具备反向运行发电功能。

1 概述

淮阴二站下游建有清污机桥，清污机选用大孔口回转式清污机，每台清污机的清污能力要求大于50 t/h。共安装8台清污机、一套输送带以及电气控制系统。能够满足机组翻水运行工况下清污拦污需求。

淮阴二站上游无清污机，有6扇拦污栅，挡洪门槽兼做拦污栅槽。目前已无法满足拦污需求，造成水头损失较大，影响发电运行效率。

图1 淮阴二站工程位置图

表1 淮阴二站水位组合表单位：m

2 方案探讨

淮阴二站3号机组在反向发电运行时存在振动情况，经多次停机检修仍未发现故障所在，初步推断为水面漂浮物等进入主水泵导致，先就存在问题对上游河道拦污方案进行探讨。

2.1 利用桥墩作为基础布置拦污栅

计划将拦污栅安装在二河公路桥桥墩上，查阅《淮阴二站观测资料》[1]得出，拦污栅安装位置靠近二河桥，位于上游CS6-CS8断面（里程桩号0+237-0+337）之间，河床高程6.5 m，标准河宽约81.4 m。查看近三年引河断面观测记录，得出淤积量较小，断面淤积高度不足1 m。满足安装条件。

拦污栅采用分片设计，分为上下两个部分，上部采用活动式垂直安装拦污栅，将污物有效拦截在水面上，并不对拦污栅发生缠绕。下部采用倾斜安装，栅体与水面形成一定倾角，利用水流推力将吸附在拦污栅上的污物（多为生活垃圾、树枝等）推至上部水面。

图2 淮阴二站河道断面布置图

因拦污栅为非标准件，尺寸可定制。根据《泵站设计规范》[2]规定，拦污栅宜采用活动式。倾斜布置时，栅体与水平面夹角宜取70°~80°。参阅《大型泵站拦污清污方案选择》[3]中水力学实验结果，设计下部拦污栅倾斜角度45°。假设利用桥墩作为下部拦污栅安装基础，根据桥墩跨度[4]，假设拦污栅宽度5 m，需要8扇。河道两侧坡度部分不设置拦污栅以方便污物清运及维护。

根据淮阴二站基本情况[5]，得出上游的设计水位为13.1 m，校核水位16.43 m；下游设计水位为8.7 m，校核水位11.2 m，上下游设计水位差4.4 m。

上部分拦污栅采用垂直安装，拦污栅设计高度为11.8 m~16 m，宽度同下部拦污栅一致。在桥墩上安装导轨及驱动系统，使垂直拦污栅在垂直于公路桥方向能够移动，这样在拦污栅前垃圾需要清理时，导轨将拦污栅推动到方便清理的桥墩一侧。配合打捞船或者其他清理方式清理。在需要翻水供水时，可将拦污栅移动到西侧，保证水流畅通。

图3 拦污栅布置示意图

2.2 安装浮筒拦污排

计划采用自浮式拦污，无需任何动力，电站河道两边岸坡上用水泥打桩，拟采用C25混凝土54.00 m3。根据淮阴二站河道情况，按照浮筒连接采用直径30 mm镀锌钢丝绳704 m，竖向采用直径20 mm镀锌钢索195.13 m，并需要配置钢丝绳卡526只、圆柱体浮筒115只，拦索安装2道等具体内容进行施工。浮筒拦污排可随着水势的涨幅而自由升降，节省人力成本。安装结构多元化，可依地势，水流随意变化组合。而且产品使用寿命在10年以上,更换方便，经过初步计算，淮阴二站此方案需花费20万余元。

2.3 对现有拦污栅进行升级改造

针对现有技术的不足，在已有拦污栅基础上对泵站前端垃圾杂物隔离隔栅[6]进行改进，具体方案如下：

主要改进支撑架和隔离网，支撑架的一侧设置有导流瓦，导流瓦的内壁安装有水轮，水轮的内壁安装有第一传动轴，第一传动轴的外壁安装有第一传动轮，第一传动轮的外壁设置有第一皮带，支撑架的内壁转动连接有第二传动轴，第二传动轴的外壁安装有第二传动轮，第二传动轮的外壁设置有第二皮带，第二传动轴的外壁固定连接有传动辊，支撑架的外壁转动连接有支撑辊。

工作原理：使用时，水流流过隔离网2，隔离网2将垃圾隔离在一侧，然后水流冲击导流瓦3、水轮4和导流板15，水流冲击导流板15时，导流板15会随着水流的流动而转动调整角度，将对水流的迎流面积降到最小，使得水流受到的阻力最小，此时，导流板15会对准这水流，将流过水轮4下方的水流阻挡导流，使得水轮4上方受到最大水流推力，水轮4下方受到最小的水流推力，从而使得水轮4旋转，水轮4旋转时会带动第一传动轴5同步转动，第一传动轴5带动第一传动轮6同步转动，第一传动轮6和第一皮带7将多个水轮4连接在一起使得扭力合并，然后利用第一传动轮6、第二传动轮9和第二皮带10之间的传动带动第二传动轴8转动，第二传动轴8转动时带动传动辊11同步转动，传动辊11转动时带动隔离网2顺时针转动将垃圾抬升并传送到岸边以便清理。

图4 结构示意图

图5 支撑架内部结构示意图

图6 支撑架内部分解结构示意图

图7 导流瓦侧剖图

与现有技术对比，本次改进具备以下有益效果：

（1）通过设置的支撑架、隔离网、导流瓦、水轮、传动辊、支撑辊和导流板，便于利用水流的动能带动水轮旋转，并利用多个第一皮带将多个水轮连接，利用水轮的旋转带动隔离网上升，使得垃圾废弃物传动到岸边，以便及时清理，避免了下水打捞，提高了安全性，同时直接利用水流带动，适用性强。

（2）通过设置的导流瓦和导流板，能够在导流板受到水流冲击时，能够带动导流瓦指向水流流速最大的角度，使得水轮得到最大的水流冲击力度。

3 结论

针对以上3种提高水能资源利用效率的办法，发现利用桥墩作为基础布置拦污栅方案的实施难度较大，可能影响桥梁的承载能力，且与桥梁管理部门沟通无果，遂放弃该方案。对于浮筒拦污排安装方案，是目前河道管理单位、水电站管理部门最常采用的方案之一，它经济效益高，在安装方法、施工周期等方面都具有无可比拟的优点，但也存在维护难，人工清运水面垃圾较困难的情况。最终通过分析决定采用对现有拦污栅进行升级改进的设计方案，并对此方案申请实用新型专利。

研究中又发现拦污栅改造升级后并不能从根本上杜绝少部分水草等河道垃圾进入主水泵，影响水能利用效率的情况。对于此类问题还需要进一步研究和探讨。但此方法在理论上和实用上依然能进一步提升水能利用效率。