談碗米坡電廠進水口攔污排污建設

【摘要】碗米坡水電廠位于沅水支流酉水的中游，在湖南省湘西土家族苗族自治州保靖縣境內，下距保靖縣城20km。電站裝機3臺，總裝機容量240MW。電廠水庫正常蓄水位248米，水庫死水位238米，大壩設計洪水位249.96米。

【關鍵詞】碗米坡電廠;進水口;攔污排污;工程建設

前言

碗米坡電廠原工程設計無攔污排，電廠投運后，庫區每年均有大量生活垃圾、水草樹枝等雜物隨洪水聚集壩前，嚴重堵塞進水口攔污柵、機組技術供水取水口，導致機組技術供水壓力降低、進水口攔污柵差壓過高，危及機組安全運行。因浮渣堆積，機組運行時攔污柵差最高時候接近40kPa設計極限，機組出力降低嚴重，水電大發期間每日損失電量近10萬kWh，每年因出力降低造成經濟損失在100萬元以上。

2013年，碗米坡電廠通過研究實施“高分子柔性攔污排建設”項目，徹底解決了壩前浮渣堆積這一困擾電廠運行的難題，滿足電廠安全、經濟、環保運行的要求。

1、方案設計

攔污排基本布置：碗米坡電廠進水口攔污排主要由“攔渣系統”和“錨固系統”兩大部分組成：上游側掛點B（攔污排未端掛點）設設置在水庫右岸水位井的上游側。攔污排首端固定點A為設在大壩4號壩段與5號壩段的分縫線上。安全掛點首端C點設在大壩左壩頭上游約50米的水庫岸坡上，未端設在距排體A掛點約15米的主連接繩上。（見圖）

1.1 錨固系統

攔污排錨固系統由配體的首尾A、B掛點和安全繩首尾C、D掛點組成。A掛點為滑軌滑車及浮箱組成，軌長13米，滑車行程12米，以適應水庫水位在238米至248米間變化。B掛點初始設計為由砼插筋、鋼筋網構成錨固墩，通過主連接繩和浮筒的自由起伏滿足水位升降的要求。C掛點為一入巖1米深、Φ20的螺紋鋼彎鉤。

1.2 攔渣系統

由浮筒、主連接繩、主攔污網、副攔污網、均衡（配重）裝置等組成。攔污排體上懸掛的浮筒由高分子PE材料滾塑壓制而成，浮筒內通過高溫高壓注滿發泡聚合材料，確保浮筒外殼在不可抗力情況下破裂后仍保持有足夠的浮力。浮筒通過高強度化纖繩綁扎在主連接繩上，單個浮筒浮力大于300kg，平均每米攔污排重量為≤50kg。連接繩、綁扎繩均為超高分子量化纖繩。攔污網主網各副網均由高強度聚乙烯繩編制而成。浸泡在水下的攔污網格穿套PVC套管，以確保在攔渣過程中，水體中的浮渣不會鉤掛在攔污網片上。網體下沿懸掛的均衡裝置重錘為PE材質空心球體，內部灌注混凝土，單個重錘自重約15kg，直徑≥25cm，大于碗米坡電廠進水口攔污柵柵距，以確保其在意外情況下掉落時不通過攔污柵流入引水流道。

2、設計要點及受力計算

（1）本項目采用了長沙樂禹公司的非金屬結構攔污排長線方案，排線總長度263米，排體與壩面夾角大于60°，具備較好的攔渣效果及隨庫水位起降能力，并可有效防止進水口水流吸附。

（2）充分考慮主纜繩在A、B掛點處的耐磨性。在纜繩廠家制造時，就已在掛點部位穿套耐磨套管，并在摩擦受力部位采用纖維繩環繞捆扎作為耐磨措施。

（3）對B點重力墩下方的邊坡進行了開挖放緩及澆砼支護處理。同時為防止攔污排主纜繩直接與砼摩擦，一方面在纜繩上包裹耐磨材料，另一方面在纜繩與砼面接觸的部位，采用橡膠板鋪墊，以進一步減小摩擦。

（4）受力計算

主纜繩設計計算模型假定漂浮攔污排結構張拉形狀和張力簡化假定如下：

假定漂浮攔污排浮箱和連接結構自身的剛度較大，水流、風和波浪力可以簡化為由有限段剛體、用理想光滑連接而成平面狀態的柔性機構。在理論上攔污排表現為：一條處于穩定平衡狀態的平面折線 ，該平面折線代表在某種荷載條件下攔污排的張拉形狀，由該形狀可以唯一確定在相應荷載條件下結構的張力。水流、風和波浪對攔污排結構產生的作用力局限于水平面以內。攔污排在進水口上游水域運動緩慢 ，忽略結構的慣性效應 ，按靜力條件研究攔污排結構的穩態平衡狀態。

攔污排所受水平荷載主要為水流推力、風力和波浪的作用， 假定都垂直作用于攔污排上游表面， 則攔污排在力作用下可近似按以兩端連接繩為鏈接點連續懸鏈線考慮。

通過計算后結果為：

B處掛點的張力（最大張力） Ng=×sin60°=305kN

A處掛點的張力（最大張力） Ng=×cosn60°=178kN

右岸C點拉錨繩的最大張力=96.5kN

實際工程采用的主連接繩為高分子聚乙烯十二股精加工編織繩，名義斷裂強度968kN，實測為1027.8kN，由受力計算得知，完全滿足強度要求。

3、運行中需關注的問題

碗米坡電廠攔污排于2013年8月開工建設，同年11月建成投運，運行情況良好。在日常使用和維護過程中應注意以下事項：

1 主連接繩為超高分子量聚乙烯繩，因此種材料的纜繩伸展率為≥4%，故主連結繩在受力后排體長度排線弧度會有一定增加，因此在初期運行中要加強對連接繩的檢查，必要時進行調整，確保排線的正常受力和排線美觀適用。

2 包覆于浮筒上的副攔污網網繩未進行穿管保護，在運行中會存在被浮渣鉤掛、拉扯的現象，且副網因露置于水面上，長期與空氣、陽光接觸，且，其老化程度可能快于置于水下的主攔污網網片，在運行過程中，每年對攔污排的例行檢查應重點檢查副攔污網的老化情況，發現破損情況及時進行處理。

4、結語

碗米坡電廠攔污排建成后，能夠有效攔截機組進水口、技術供水壩前取水口區域水面98%及水下深1.5米95%以上的漂浮物，從根本上解決了電廠因水體浮渣較多引起的進水口攔污柵堵塞、壩前取水口堵塞、發電效益降低等問題。

本項目施工簡單快捷，無論新、老水庫，都可以隨時施工，不影響電站正常運行發電，可供同類型水電廠借鑒。

作者簡介：陳曉祥，男（1981-1-），工程師，本科，只要從事水電廠生產運營管理。