高寒高海拔水電站樞紐防寒過冬問題及解決方案

楊橋春

(甘肅電投大容電力有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 電站基本情況

朱岔峽水電站是大通河青崗峽至金沙峽河段水電梯級開發(fā)的第3級電站，該水電站為徑流引水式電站，總裝機容量為34 MW，年利用小時數為4 218 h，年平均發(fā)電量約為1.434億kW h。水庫正常蓄水位為2 211.00 m，設計洪水位為2 210.50 m，校核洪水位為2 211.20 m。泄水建筑物包括1孔泄洪沖砂閘和5孔泄洪閘，其中，1孔泄洪沖砂閘布置在河床左岸，5孔泄洪閘布置在1孔泄洪沖砂閘的緊右側。

該水電站所處地理環(huán)境具有典型的內陸型氣候的特點，海拔高約2 200 m，冬長暑短，晝夜溫差大，多年平均溫度為3 ℃，多年極端最低溫度為-28.3 ℃，最大凍土深度為1.48 m，且在冰雪消融時大通河存在冰凌現象。

2 冬季運行過程中的問題

每年11月1日至次年3月31日，朱岔峽水電站進入冬季運行期，其中每年12月15日至次年3月15日為防寒過冬的主要階段。

(1) 在冬季運行期，由于水電站樞紐所處地理位置及地形的特殊原因，其日照時間極短、所受風力較強，因此氣溫較周邊地區(qū)更低，最低約維持在 -16 ℃。

(2) 在冬季運行期，水庫內結冰厚度將逐步增加至2～3 m，形成大范圍冰蓋，導致電站5孔泄洪平板閘門全部被冰凍住，無法進行啟閉操作。

(3) 在冬季運行期，由于上游其他電站為開展經濟運行工作，每日分時段間歇性放水發(fā)電，造成下泄流量間歇性變化，最大泄流量為50 m3/s、最小泄流量為0，導致電站入庫流量極不穩(wěn)定。且由于電站庫容較小，流量波動時冰蓋最高將被抬高至1.5 m以上，當來水量較大或電站機組故障時，由于閘門無法啟閉造成溢流，閘門與壩體間產生的涌冰凍結將堵塞閘門與壩體之間的間隙，長時間可能會造成水漫大壩的嚴重事故。

(4) 由于冬季時冰蓋會覆蓋整個庫區(qū)，無法使用水尺進行水位觀測。并且由于庫區(qū)冰面厚達2 m，相關自動傳感器已被凍結在冰面中，無法正確反饋實時水位情況，嚴重影響電站安全運行。

（5） 由于上游調水導致河道內的碎冰較多，進水口攔污柵柵體被冰凌堵塞后結冰厚度約5 m，因柵槽完全被冰封凍，無法提柵開展清冰工作。攔污柵掛冰嚴重時攔污柵過水量僅為10～15 m3/s，造成機組發(fā)電流量不足，無法開機發(fā)電；強制帶負荷則會造成攔污柵壓差劇增，隧洞進氣，機組運行工況變差，影響機組安全穩(wěn)定運行。因此，當上游來水量超過15 m3/s時，只能選擇棄水。

3 采取的措施

由于上述原因，該水電站探索出一套適合高寒高海拔水電站的《防寒過冬方案》，對電站樞紐冬季運行水位、沖沙閘、進水口封堵措施進行了明確規(guī)定，有效保證了電站的冬季安全穩(wěn)定運行。

(1) 樞紐庫區(qū)架設有交通橋1座，在冬季，為保證樞紐交通橋安全，將樞紐水位降低1 m，控制在2 210.00～2 210.50 m(樞紐混凝土橋底面高程為2 211.70 m)，使其形成穩(wěn)定冰蓋。在冬季運行期，通過及時調整運行機組負荷或開停機組，確保冰蓋穩(wěn)定；嚴格控制庫區(qū)水位在規(guī)定區(qū)間內變化，防止冰面上漲造成冰面與壩面底部封死或冰面下降造成庫區(qū)涌冰。將庫區(qū)冰面上限的控制作為防寒重點工作(冬季運行時嚴格控制庫區(qū)冰面在2 211.50 m高程以下)，以防止涌冰造成樞紐交通橋受力傾斜。

(2) 每年11月初將沖沙閘門檢修門放入檢修閘門門槽內，并深入水面以下約1.0 m，以阻擋庫區(qū)大面積冰塊，防止大面積冰塊對沖沙閘造成較大的當面壓力，致使沖沙閘在冬季無法正常提落；對沖沙閘門槽及門后進行封堵加熱，以防沖沙閘門槽及底部間隙結冰，保證沖沙閘在來水量較大的情況下能正常啟閉。

(3) 每年11月初對進水口攔污柵進行1次徹底清理，以減少冰凌掛在攔污柵上的機會，減緩攔污柵掛冰的速度；每年11月初提出副攔污柵并鎖于平臺上。

(4) 每年11月初對樞紐進水口進行以下封堵工作。

① 用20 mm厚棉簾封堵進水口主、副攔污柵柵槽、事故閘門門槽、隧洞排氣孔。

② 在進水口觀察孔四周每隔500 mm打Φ20膨脹螺栓，對稱交叉拉Φ8鍍鋅鋼絲繩，形成支撐網，并在支撐網上覆蓋20 mm厚的棉簾用于封堵，同時將棉簾四周固定在膨脹螺栓上。

③ 從樞紐配電室引出1根3×25 mm2+1×16 mm2的4芯電纜至進水口作為加熱電源，在3個副攔污柵孔內各加裝1組朝向主攔污柵背面的碘鎢燈進行加熱(每組9盞)，每組碘鎢燈都加裝相應的控制開關，根據溫度情況進行投退。通過加熱，可緩解主攔污柵背面掛冰現象。

4 取得的效果

(1) 實施《防寒過冬方案》后，電站水位較往年降低1 m運行，嚴格控制在2 210.00～2 210.50 m，有效防止了冰面上漲造成冰面與壩面底部封死，或冰面下降造成庫區(qū)涌冰的現象，確保了樞紐交通橋及大壩的安全穩(wěn)定運行。

(2) 由于上游電站無序泄水現象較頻繁，電站運行值班人員及時與上游電站溝通判斷實際來水量、入庫時間等，并制訂下發(fā)了《冬季樞紐水位運行規(guī)定》。通過提前開停機組或調整負荷，確保水量的充分利用，提高了電站的發(fā)電效率。

(3) 樞紐溫度低于-25 ℃，會造成沖沙閘門因門槽結冰而無法正常提起。電站通過在沖沙閘前后懸掛棉門簾，并加裝火爐取暖等保溫措施，使沖砂閘門在冬季也完全具備啟閉能力，有效保證了冬季電站樞紐的安全穩(wěn)定運行。

(4) 電站通過對樞紐進水口主、副攔污柵柵槽、事故閘門門槽、隧洞排氣孔采取全面封堵并加熱等措施，基本消除了攔污柵背面掛冰的現象。在冬季運行期間，攔污柵未因冰凌堵塞而出現流量不足的情況。

(5) 通過與2013年水情、電量數據的對比分析，朱岔峽水電站在2014年11月至12月，未發(fā)生遺棄水量現象，水量利用率達到了100 %，發(fā)電量較2013年同期增加了104萬kW h，防寒過冬措施效果極為顯著。