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摘要：本文简述了位于黄河上游第一座水电站班多水电站在海拔高、水头高、高泥沙、机组满负荷大、流速较高等不利现场条件下进行进水口拦污栅动水清污工作上的一些摸索与研究，并根据本站特点进行的一些新技术、新方法的实践与经验。

关键词：黄河上游；高海拔；高水头；高泥沙；机组满负荷；流速大；动水清污。

一、引言

水电站一般建立在河道上，将河道拦腰截断。进水口拦污栅主要用于过滤河道中的各种垃圾，避免河道较大垃圾通过拦污栅对水轮机组造成损害。进水口拦污栅栅面拦截污物的清理工作关乎整个水电站的安全生产，对降低拦污栅压差、保护机组过流部件以及提高机组出力有着显著作用， 本文根据位于青海黄河上游的班多水电站在机组带负荷动水状态下进行拦污栅清污工作的一些实践经验，对拦污栅清污设备在高海拔、高水头、高泥沙、机组满负荷、流速快、污物种类复杂等现场特殊条件下一些常见问题的相应解决方案，以供国内其它类似电站参考与借鉴。

二、电站概况

班多水电站位于青海省兴海县与同德县交界处的茨哈峡谷出口处，电站海拔2800米。班多水电站坝址以上控制流域面积107520km2，水库正常蓄水位2760m，总库容1535万m3，具有日调节性能。电站共3台发电机组，总装机容量360MW，电站进水口共9孔，每孔进水口设置一道主拦污栅，每扇主栅共8节，分两次起吊，每扇主栅有2根拉杆，每根拉杆共6节；设置1道副拦污栅，副拦污栅与检修闸门共槽，副栅共6节，一次起吊，每扇副拦污栅有2根拉杆，每根拉杆共5节，主、副拦污栅采用门机4000kN主钩进行启闭。

班多水电站设计水头35.5m，上游来水泥沙含量约40%，机组满负荷发电状态下水流流速约2m/s，汛期期间污物较多，约5000m3/年（树干、树根及杂物），污物顺水流进入机组进水口，附着在机组主、副拦污栅上造成拦污栅堵塞，影响机组安全运行。电站原设计为提栅清污，提栅清污耗时长，人工劳动强度大，清污效率低，安全隐患大；提栅清污时须停机才能进行，尤其是汛期期间停机清污会给电站造成较大的经济损失；由于部分污物密集缠绕在拦污栅上部，提栅清污方案对污物的收集和转运均较为困难；提栅清污时在拦污栅提升过程中栅面上附着的污物大量掉落，落至栅槽底坎处，造成主、副拦污栅清理后落栅不能到位，且部分污物进入机组蜗壳内，影响机组安全运行。

为了达到电站需要的清污效果，提出了增设清污装置的基本要求如下：

（1）所采取的方案应有较好的清污效果和较高的清污效率；

（2）所采取的方案应能满足不停机动水清污的要求；

（3）所采取的方案应能对清理出的污物方便的收集和转运；

（4）所采取的方案应成熟可靠并能方便地对清污设备进行检修和存放；

（5）所采取的方案应尽量降低人工的劳动强度并保证清污工作的安全性；

（6）所采取的清污方案不应对电站现有水工建筑物进行改变以保证大坝的安全；

（7）所采取的清污方案应不改变电站现有门机等工作设备的原有功能；

（8）所采取的方案除应能清理栅前附近及贴附在栅面上的污物，还要能清理底坎处污物。

三、班多进水口拦污栅增设清污装置方案

根据电厂实际情况并结合对国内类似电站的成功经验，根据上述要求，在电站的坝顶门机上增设一套摇篮式悬挂清污装置，该清污装置可通过折线下降的方式清理拦污栅栅栅面污物。清污装置的抓斗起升机构由门机主钩起吊，通过门机小车移动适当改造使该抓斗起升机构的吊点可沿水流方向上在提栅位、清污位及泄污位之间移动转换，清污抓斗可以抓取拦污栅栅前附近的污物和拦污栅栅面上附着的污物，当抓斗抓满污物后可以通过汽车对这些污物进行收集和转运。该套清污装置主要由液压清污抓斗、抓斗起升机构、抓斗动水高承拉电气传输装置、电控系统等组成。增加该清污装置后，可不改变电站现有的水工建筑物，并可保留坝顶门机原有的所有功能，该悬挂清污装置可方便的拆下，拆下后不影响起吊拦污栅的作业。

四、解决电站清污问题的具体措施

为满足电站解决清污问题的上述要求，我们采取了以下的具体技术措施来实现上述的清污方案：

1.采取的清污方案不改变电站现有水工建筑物的措施

提出的清污装置方案，充分考虑了电站不对现有水工建筑物进行改变的要求，我们主要采取了以下的技术措施：

摇篮式清污机方案，在拦污栅上部孔口不扩宽的情况下，清污抓斗采用了折线升降进行清污的方案。班多电站由于孔口上游侧横梁与拦污栅栅面间间距较小，液压清污抓斗无法通过上述空间垂直升降的方案进行清污，清污时抓斗在栅槽孔口中心线位置下降，当其下降至栅顶时推拉机构推动起升机构带动抓斗前移至清污位置，然后开始下降清污；抓斗抓满污物后，当其在栅前提升至栅顶位置时，推垃机构拉回起升机构并带动抓斗后移至栅槽中心线位置，此时抓斗可提升出坝面进行泄污，避免清污抓斗和孔口产生干涉。

抓斗通过折线行走进行清污的示意图如下：

对起升机构钢丝绳卷绕的倍率取为1，不设动滑轮组，这样当清污抓斗到达清污工位后，可尽量拉大起升钢丝绳和上游侧孔口的距离。采用上述措施后，不扩大孔口的宽度，也可以进行正常的清污工作；清污抓斗利用现有的孔口侧壁和拦污栅栅面作导向，不需要在拦污栅或孔口基础上设置专用的导向轨道；抓斗抓取的污物可以方便随时装车运走，不需要在现场增设专门的污物处理设施；清污装置不用时，可以将抓斗和其起升机构之间及清污装置与门机方便的脱开并存放，不需要另外增设清污装置的存放设施并可方便的对设备进行检修 。

2.不改变电站现有工作设备原有功能的措施

通过对坝顶门机进行相应较小的改造，可不改变坝顶门机所有的使用功能，这些改造有：

（1）在门机机房内利用现有空间增加给抓斗及其起升机构供电和控制的电缆卷筒和电缆；

（2）对于国内悬挂式起升机构配套的电机，一般均为鼠笼式锥形转子电动机，这种电机需要全压启动，启动电流很大。对此问题我们采用变频调速的技术来解决这一问题。我们对起升机构采用变频调速，降低了电机的启动电流，不需要增加电站供电变压器的容量和坝顶门机供电电缆的容量；

（3）在门机上游侧下横梁上增设一套清污专用司机室，以方便进行清污作业；

（4）门机相应电气部分改造。

3.使清污装置具有较好清污效果和较高清污效率的措施

由于受电站现有条件的制约，提高清污装置清污效果和清污效率已成为电站解决清污问题的技术关键，为使清污装置具有较好的清污效果及较高清污效率，我们采取了以下具体的措施：

（1）不停机动水清污时，污物在水流的冲击下紧密牢固的缠绕在拦污栅上，清污抓斗必须有足够的重量以提高铲齿的插入力用来铲下这些缠绕在拦污栅上的污物，保证其具有良好的清污效果；

（2）抓斗以拦污栅栅面和孔口侧壁为导向以保证其在清污过程中与拦污栅的相对位置；

（3）抓斗起升机构设有欠载保护，当抓斗斗瓣内污物积满时会有欠载保护以防止抓斗的倾倒；

（4）由于采用了折线升降清污抓斗进行清污的方案，并同时采用滑轮组倍率为1的钢丝绳卷绕方案，充分利用了现有空间，使清污抓斗的容量尽可能做大，采用上述方案后，可使清污抓斗的容量达到约5m3 ；

（5）由于本悬挂摇篮式清污装置的起升机构是单独设置的，所以可根据清污的需要合理的选择清污抓斗的起升速度，本起升机构采用变频调速，抓斗的起升速度为1～10m/min，可根据需要采用不同档位的速度，提高了清污抓斗的工作效率；

（6）当抓斗抓满污物可方便的提升至泄污工位进行泄污；

（7）对清污装置各工位均设有相应的行程开关进行电气连锁与保护，使该清污装置可根据需要进行手动、半自动或全自动的操作；

（8）为便于对清污装置的操作，建议在门机上游侧增设一套专门用来清污的司机室以提高操作效率。设置清污装置司机室后，还应对坝顶门机的电路进行相应的改造，各司机室的操作需进行必要的连锁；

（9）对坝顶门机的大车行走机构可根据电站的要求增设自动对位机构以提高转换不同孔口工位进行清污的效率；

（10）当进行清污和提栅的工作转换时，本清污装置可迅速完成上述的转换，坝顶门机和清污装置的机械和电气连接及脱开可很快完成。

4.满足清污装置动水清污的措施

使清污装置动水清污，是解决电站清污问题的另一个技术关键。对解决这一问题很早就进行了大量的调研、试验和研究工作，并申报了国家专利，我们采取的具体措施是：

（1）利用现有拦污栅及其孔口解决抓斗导向的问题

动水清污必须设置清污抓斗的导轨，限制清污抓斗的运动轨迹，使清污抓斗保持和拦污栅的相互运动关系，使清污抓斗的斗齿不和拦污栅进行干涉。一般通常的做法是，在拦污栅前的孔口专门设置清污抓斗的槽型导轨。但班多电站是一个已经建成并投入运行的电站，已经很难再专门增设清污抓斗的轨道。对此如采用我们的“以垂直式拦污栅栅面和拦污栅孔口侧壁为导向轨道的清污抓斗”的这一专利技术，可解决上述的问题。我们的解决方案是，在清污抓斗的两侧增加侧轮，利用现有孔口的侧壁作为抓斗的侧导向；在清污抓斗的下游侧设置滚轮，以拦污栅栅面作为抓斗的导向，解决了清污抓斗的定位问题。清污抓斗在水流的冲击下，下游侧的滚轮会紧贴拦污栅的栅面滚动，两侧的滚轮限制了清污抓斗的左右移动，使清污抓斗保持了和拦污栅的相互位置关系，解决了清污抓斗定位的问题。

（2）采用复合钢丝绳电缆解决电缆挂破或拉断的问题

解决动水清污的一个关键的技术问题，是解决液压清污抓斗经常出现的其供电电缆时常会被挂破或拉断的问题。在动水清污时，清污抓斗的供电电缆在水流的冲击下，会靠近甚至贴附到拦污栅上，此时清污抓斗的供电电缆极易和污物甚至和拦污栅产生钩挂和碰刮，造成清污抓斗供电电缆的损坏。因此，解决动水清污液压抓斗供电电缆损坏的问题，也是动水清污需要解决的一个技术关键的问题。我们的解决方案是对清污抓斗所用的电缆，采用一种外部复合有钢丝绳的电缆，这样缠绕于电缆外侧的钢丝绳可以对电缆形成有效的保护，使电缆不容易挂伤，由于钢丝绳具有较高的承拉强度，使电缆不容易拉断。因此使用这种复合钢丝绳电缆使液压抓斗和其主机的电气连接更为可靠。这种复合钢丝绳电缆可以适用班多电站动水清污这种恶劣的工作环境。

采用外部复合有钢丝绳的电缆后，解决了电缆高承拉力的问题，同时采用变频高卷绕力电缆卷筒实现清污抓斗和抓斗起升机构的电气连接，采用这种电缆卷筒后，可较大的提高电缆卷筒对电缆的拉力，电缆卷筒对电缆的卷绕力可增大十余倍，使电缆不会在动水清污时电缆和污物产生钩挂时被拉长，因此避免了电缆和清污抓斗本身产生钩挂和挤压造成电缆损伤问题。

（3）增大清污抓斗的重量

动水清污时，由于水流的速度较大，污物会紧密的贴附和缠绕在拦污栅上，这时，需要很大的插入力，才能使清污抓斗的斗齿插入到这些污物中，才能铲下拦污栅上的这些污物。因此，为保证动水清污的清污效果，清污抓斗需要相对较大的重量，清污抓斗的重量大于15吨。

（4）采用无横撑连接的尖利型斗齿

为保证动水清污时清污抓斗的斗齿顺利插入到拦污栅上附着的污物中，应采用无横撑连接的尖利型斗齿，以减小清污抓斗的插入力。

5.解决电站海拔高问题的措施

班多水电站海拔近3000m，高海拔地区空气稀薄，对清污机发热设备元器件散热不利，会造成诸如电机输出功率下降、电气件过热报警甚至停止工作等现象发生。

为解决上述问题，清污的工作制要适当提高，班多水电站清污机按满负荷工作制进行设计、制作。电动机按5000m海拔进行选型，并按连续工作制进行选型，采用正常工作输出功率15kW即可电机选型30kW，变频器选型45kW等措施，以保证设备在高海拔、长时间工作时的可靠性。

6.解决电站水头高、流速大、泥沙高等问题的措施

水头高、流速大水电站在液压清污抓斗下水清污时由于紊乱水流的作用抓斗难以贴紧拦污栅栅面，从而会降低清污效果，水流中较大的泥沙会冲蚀设备，造成密封的损坏，从而增加设备出现事故的概率。

为解决上述问题，入水工作的液压清污抓斗进行特殊设计，一是尽量减小设备入水后由于自身体积产生的浮力，尽量加大设备在水下的有效自重，增大斗齿插入污物的能力。二是抓斗的迎水面尽量设计为流线型，减少水流冲击的阻力，将抓斗的导向装置设计为磁吸型以尽量避免侧向水流的作用。

水流流速大并夹杂较大的泥沙含量主要破坏对象为如油缸活塞杆等需要精密配合才能保证正常密封的部位，对此需要在设备的局部增加防冲击护套，尽量减少这些部位与水流的接触，从而保证磨损现象尽少的发生。

五、安全经济、社会效益等

污机投运前，清污工作需将机组停运。每年汛期停机清污一台机需要停机240小时（10天），损失电量：240×12万千万时=2880万kWh。三台机共损失电量8640万kWh。

清污机投运前，主汛期洪水期间拦污栅压差在1-4米之间，此种情况一般持续50-100天左右，产生了较大的水头损失，单机机组出力由额定减至90MW-100MW左右，各台机无法满负荷运行，按最短时间算一台机损失电量50天×24小时×20MW=2400万kWh，三台机共损失电量7200万kWh。

清污机投运后增加发电量总和：8640万kWh+7200万千瓦时=15840万kWh，每年按照目前电价0.23元/千瓦时计算，增加经济效益约3643万元。

六、结束语

自安装进水口清污机机后，拦污栅压差一直控制在0.5米左右，基于投入的200万元设备费用，于每年到得到回报微乎其微。设备安装投运后班多电站每年不仅可以解决拦污栅压差大而带来的安全隐患，还最大限度的提高了经济效益，增加营业收入。

参考文献

[1]  邓育林. 水电站进水口拦污栅前后水位差过大分析与处理.水电自动化与大坝监测2008年2月20日第32卷第1期，81～83.

[2]  阎丽芬等. 全液压式深水清污机械的设计.人民黄河第27卷第8期.2005年8月，46～48.

作者简介：韩 毅   男（1974—）本科学历  高级工程师  黄河水电公司班多发电分公司 主要从事水电站管理工作。