龚嘴水电站厂房进水口拦污栅问题浅析

电力18讯：    龚嘴水电站位于四川乐山沙湾境内,长江支流大渡河的中下游,是一个以发电为主,兼顾漂木等综合利用的大型水利枢纽工程。工程是按“高坝设计,低坝施工”的原则进行建设开发的。低坝壅水高约50 m,最大坝高85 m,电站总装机容量70万 kW,保证出力17.9万 kW,多年平均年发电量34.18亿 kW.h,设计年最高漂木量160万 m3。
　　工程于1971年12月首台机组投运以来,已安全营运近30年,到1998年底,累计完成发电量达900 .50万 kW.h,实际年最大放漂量超过100万 m3,取得了较大的社会效益和经济效益。

1　拦污栅运行条件及破坏情况

　　电站7台10万kW机组,分别安装在左岸(3台)的窑洞式地下厂房内(简称下厂)和右岸(4台)地面厂房内(简称上厂),其中每台机组前装有五槽30片活动式拦污栅,单扇平面尺寸为3.5 m×4 .5 m,重约2.5 t。随着库区泥沙淤积的发展,坝前水流流态与建库初期迥异,使得下厂3台机的连通式拦污栅与上厂每台机的独立式拦污栅的运行条件相差甚远。经过多次的拦污栅水下录相检查和更换设备时发现,上厂拦污栅运行工况良好,几乎没有受到破坏,栅条上附属杂物也不多,基本上不影响过流。运行25年后于1997年3月首次提出检查、更换的拦污栅,除锈蚀严重(锈蚀深度2～4 mm)和连接板失效(约为40%)外,栅体本身结构完好,仅发现有个别栅片脱落现象。而下厂拦污栅尽管平均更换周期为5～8年,每次仍有结构主体变形情况发生,特别是近年出现过机组突然关闭导叶的运行方式后,个别拦污栅甚至发生严重扭曲、脱落现象。
1.1　地下厂房进口拦污栅破坏原因分析
　　经过对下厂拦污栅的工作条件和运行状况初步分析后 ,笔者认为,造成以上破坏的原因可以归纳为以下几点:
1.1.1　栅面堵塞,水流不畅
　　下厂拦污栅特别是底部2～4扇的栅格,经常被各种杂物堵塞,严重时堵塞过水面可达95%以上, 仅剩下局部漏斗状小孔过流,形势十分严峻。栅面堵塞后,在正常运行方式下,再加上水面漂木的阻挡,常造成栅前栅后压差增大,实测最大达4.1 m,远远超过设计允许值,使拦污栅受力条件恶化;在迅速关闭导叶的非常情况下,反射的水击波受阻,骤然作用于栅体上,导致变形, 甚至破坏。
1.1.2　拦污栅结构设计不合理
　　锁定销连接也容易失效。一是主梁刚度不够;二是栅片顶部及底部悬臂部分连接薄弱;三是栅片由圆钢串接,自由度大。主梁刚度不够,导致框体容易变形,甚至在连串吊装时,也会发生主梁弯曲。栅片的安装及固定方式,引起拦污栅在工作中的振动加剧,容易造成连接板穿销螺栓磨断和拦污栅整体的工作疲劳,强度降低。特别是穿销螺栓破坏后,连接板失效,使每槽拦污栅分成了几段,不能整体上提,维护、更换相当困难,必须辅以潜水员水下作业才能实施。工作效率不高,成本也大大增加。
1.1.3　机组的非常运行方式
　　如上面所述,拦污栅栅面堵塞,且连接板失效后,造成极端破坏的直接原因是机组导叶迅速关闭形成的水击波的冲力。
1.2　地上、地下厂房拦污栅运行条件对比
　　上、下厂拦污栅运行工况的对比,实质是栅面吸附杂物量的对比。至于为什么同一电站的两个进水口会出现如此大的差异,笔者有以下几点认识:
1.2.1　水流流态的差异
　　龚嘴水库运用26年后,与建库初期相比,坝前水下地形变化很大,泥沙淤积后使左侧成为主流深槽,右侧为回流淤滩。由于主流挟带能力强,从上游漂下的杂物相对偏向主流较多,因此左岸下厂进水口进渣量较上厂多得多。这是最主要的原因之一。
1.2.2　过栅流速的差异
　　下厂拦污栅过栅流速较上厂拦污栅过栅流速大,因而吸渣能力强。这是进渣量大的又一个因素。由于下厂拦污栅底坎高程为504.00 m,比上厂拦污栅底坎高程(494.00 m)高10.0 m。库水位一般在521.00～528.00 m间运行,而每槽6扇拦污栅的总高度为27.0 m。因此,上厂拦污栅总是全断面过水,而下厂3台机拦污栅过水断面随水位降低而减少。在相同引用流量下,各水位上、下厂拦污栅的理论计算流速比见表1。从表1中还可发现,越是来渣量大的汛期,这种流速差越大。

表1　上、下厂不同水位下的过栅流速比

水　　位/m 521.00 522.00 524.0 0 526.00 528.00
上厂过栅流速 V0 V0 V0 V0 V0
下厂相对流速 1.59V0 1.50V0 1.35V0 1.23V0 1.13 V0
备　　　注 汛期 枯水期

1.2.3　连通式布置的可能影响
　　在布置上,上厂拦污栅为每台机独立且分隔开的,而下厂3台机拦污栅后是连通的。龚嘴电站很长时间是四川电网的第一调峰调频电站,负荷增、减,机组开停相当频繁。过栅水流流向、流态的变化,本应有益于减少栅面吸附物,但由于下厂拦污栅后是连通的,单台机的开停或开度增减,对流态影响不明显,3台机全停的情况概率很低。而上厂的某台机组停下来后,由于其相邻机组尚在运行,水流流向的变化,会使原缠绕、吸附的杂物得以松动,有利于拦污栅的运行。
2　拦污栅的运行维护措施

　　为保证机组进水口拦污栅的安全运行,针对工程兼有过漂效益的特点,设计上对上、下厂分别考虑有拦漂工程。在90