吾庫沙克水電站前池改造

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吾庫沙克水電站前池改造 趙學平   張旭 　　關(guān)鍵詞　小型水電站　前池　技術(shù)改造　吾庫沙克水電站 0　概況 　　吾庫沙克水電站位于新疆疏附縣，始建于1976年，是利用下游灌溉用水進行發(fā)電的徑流式水電站，也是克孜河出山口梯級開發(fā)的第5級水電站。水電站引用流量為26 m³/s，設計水頭H_p=14.5 m，單機設計流量Q_p=7.75 m³/s，安裝3臺水輪發(fā)電機組，單機容量為800 kW。
　　電站改造前，壓力前池為正向進水，正向引水發(fā)電沖沙，側(cè)向溢流排冰，單機單管供水方式，壓力管進水口為常規(guī)，由快速閘門控制(見圖1)。 圖1　吾庫沙克水電站前池布置(改造前) 　　由于該電站直接從克孜河引水發(fā)電，而克孜河為多泥沙河流，多年平均含沙量為6 kg/m³，最大含沙量88.4 kg/m³。泥沙大量進入前池后，底部兩孔排沙孔口為直角矩形，只能排除少量泥沙，而大量泥沙隨水進入壓力管，造成水輪機過流部件的磨損嚴重，加重了汽蝕破壞，使大修周期一直在4 000～5 000 h，造成電站不能正常運行并使成本增加。同時，克孜河冬季行凌始于頭年11月，終于來年3月，行凌期長達5個月，冬季冰塊、冰凌隨水流擁入前池，由于排冰堰設在側(cè)向，對排冰不利，從而阻塞了流道，使電站不能正常發(fā)電。1995年冬，曾因冰塊塞滿壓力管和前池，迫使電站停止發(fā)電，投入大量人力進行清冰。因冰凍使快速閘門被凍死，在事故情況下不能及時切斷壓力管內(nèi)水流，造成事故擴大，給電站帶來不應有的經(jīng)濟損失。鑒于以上原因，吾庫沙克水電站自投產(chǎn)以來就不能夠正常運行。為此，1996年疏附縣電力公司委托我院對吾庫沙克水電站前池進行改造。 1　改造項目 　　吾庫沙克水電站因存在前池排冰排沙不利、快速閘門失效等問題，根據(jù)我院多年來對北方多泥沙河流上水電站設計的成功經(jīng)驗，對吾庫沙克水電站作了以下改造。
1.1　改變前池底板坡度、進口形狀及設擋沙懸板
　　將原前池底板坡度由1∶6.49改為1∶1坡，使前室有一段水平段，便于泥沙沉積于前室底部。兩孔正向沖沙孔進口由原直角矩形改為喇叭形，以增加干擾面積。并在攔沙坎上部投擋沙懸板，以防在水流的擾動下，泥沙由攔沙坎進入壓力管內(nèi)。使沉積在前室的泥砂在底層沖沙水的作用下全部排入泄水道。
1.2　設排冰懸板并改變前池寬度
　　根據(jù)該電站前池布置形式為正向進水、正向引水發(fā)電和前池正向水流平穩(wěn)、流速大的特點，在冬季前池最低水位以下400 mm處，在前室設正向排冰懸板，表層水流水位由設在排冰懸板上的舌板門進行控制。當需排冰時，放倒舌板門。由于前池底板倒坡改為1∶1，前池進口至懸板間距離較短，利用水流的慣性力將冰排入懸板后側(cè)的排冰槽內(nèi)，再排入側(cè)向的泄水陡槽內(nèi)排入大河。
　　前池排冰是否有效，與前池寬度有著密切的關(guān)系：前池過寬，水流進入前池后，由于斷面增大而表層流速下降，低于輸冰流速，冰塊停滯在前池不能排泄；前池過窄，冰塊不能順利進入前池，阻塞在前池進口處和引水渠內(nèi)，使引水渠被冰凍死。根據(jù)我們多年的實踐研究，前池寬度應大于冬季引水渠水面寬度，但不應大于設計引水量時水面寬度。冰能順利進入前池，渠道來水表面流速在瞬間不能降低，從而保證冰塊從排冰懸板上排入泄水道，保證電站的正常運行。吾庫沙克水電站引水渠冬季上游來水水面寬度為9.52 m，改造后的前池寬度為9.6 m，大于冬季來水水面寬度，從而保證了排冰效果。
1.3　壓力管進水口由常規(guī)式改為虹吸式
　　常規(guī)式壓力管進水口是利用快速閘門來控制水流，但由于雜草的阻塞和冬季冰凍而不能正常運行。長時間運行后，閘門止水失效，造成漏水，給停機后的機組產(chǎn)生無效磨損，給檢修帶來很多不便。將常規(guī)壓力管進水口改為虹吸式進水口后，由于虹吸式進水口利用真空作用將前池水流引入壓力管內(nèi)，如需斷水時，只要將虹吸管駝峰內(nèi)的真空破壞后，便可切斷壓力管內(nèi)的水流。虹吸管內(nèi)抽真空采用真空泵強制抽氣的方式。由于常規(guī)進水口室尺寸短，不便在駝峰堰下設充水管室，故需將尾水管出口淹沒在水中，機組流道處于封閉狀態(tài)，壓力管內(nèi)空氣由真空泵直接抽取，使駝峰前的水面在負壓的作用下上升，當高于駝峰堰頂時，自動翻堰向壓力管內(nèi)充水(此時水輪機導葉處于全關(guān)閉狀態(tài))，使壓力管內(nèi)充滿水，保證機組正常開機發(fā)電。當需切斷壓力管內(nèi)水流時，開啟設在虹吸管駝峰頂板上的真空破壞閥，空氣進入虹吸管內(nèi)破壞了虹吸管內(nèi)真空，駝峰前水位迅速下降，當水位下降到低于駝峰堰頂，便可達到斷流。改造后的前池見圖2。 圖2　吾庫沙克水電站前池布置(改造后) 　　由于一般常規(guī)式進水口的最小淹沒深度和虹吸式進水口最小淹沒深度的要求有所差別，已有的壓力管進水口淹沒深度是否能滿足虹吸進水口要求，是常規(guī)進水口能否改為虹吸式進水口的關(guān)鍵問題。虹吸式進水口要求在前池最低水位時，機組突然增加負荷，壓力前池末端出現(xiàn)落波后，虹吸管進口頂部還要有不小于2.0 m的淹沒深度，以保證不產(chǎn)生吸氣漏斗，使空氣進入虹吸管內(nèi)破壞內(nèi)腔真空，造成自然斷流。該水電站前池在最低運行水位時，1臺機組負荷突然由零增至滿負荷，落波高度Δh=0.46 m，仍有2.0 m的淹沒深度，保證了虹吸管進水口在任何前池水位時均能滿足其淹沒深度。改造是可行的。 2　改造效果 　　1997年冬季該水電站前池改造完畢，投入運行后，引水渠大量冰凌冰塊被順利排入泄水道，沒有冰在前池和引水渠內(nèi)停留，壓力管也沒再發(fā)生冰阻現(xiàn)象。沖沙孔改造后，據(jù)電站工人們反映，過去進蝸殼，首先要清理沉積在蝸殼內(nèi)的泥沙后才能對機組進行檢查，現(xiàn)在多次進入蝸殼，均無泥沙，可直接進行機組檢查和檢修，說明泥沙均被排入泄水道，未能進入壓力管。由于壓力管進水口改為虹吸式進水口后，在實際運行中，強制性機械抽氣只需15 min，如果工作泵和備用泵在第1次抽氣時同時投入運行，則抽氣時間更短。需斷流時，在前池直接操作或廠房遠距離操作真空破壞閥開啟，只需5 s便可有效斷流。具有斷流凈、斷流時間短的特點。由于駝峰堰頂高于前池最高水位，前池水無法進入壓力管，停機或檢修時，再無滲漏水對機組產(chǎn)生無效磨損和檢修不便的問題。
　　通過對吾庫沙克水電站的前池改造，為常規(guī)式前池改造開拓出了一條新路。說明解決北方多泥沙河流中水電站前池排冰、排沙問題和壓力管進水口失控滲漏問題是可能的。 作者單位：趙學平　(喀什地區(qū)水利水電勘測設計院，新疆喀什，844000)