丁 磊

(新疆勘测设计院(集团)有限责任公司石河子分公司，新疆 石河子 832000)

文章编号：1006—2610(2015)03—0036—03

新疆北疆地区引水式电站冬季排冰措施

丁 磊

(新疆勘测设计院(集团)有限责任公司石河子分公司，新疆 石河子 832000)

严寒地区引水式电站在冬季发电时，必须要考虑排冰问题，根据新疆北疆地区引水式电站的可持续性发展需要,在电站设计时考虑电站冬季运行的排冰问题。笔者在工程设计中总结出引水式电站冬季排冰的一些措施，并论述这些措施的优缺点以及应用范围。

引水式电站;冬季;排冰;措施

0 前 言

新疆北疆的引水式水电站，冬季必须考虑到排冰的问题。按照DL/T5057-2009《水工建筑物结构和及规范》规定，新疆北疆属于严寒地区，极端气温可达到零下42 ℃。冬季来水量较少，引水渠道的流速较低，这样造成渠道内形成大量的浮冰，浮冰经渠道引水系统至电站的压力前池并在前池堆积，影响前池的正常运行，因此必须考虑前池的排冰问题。目前，新疆北疆引水式电站的排冰措施主要有3种：① 抽水融冰;② 设置排冰闸;③ 设置拦污栅。本文就不同的地区条件及气象情况，分别对这3种措施进行论述，并附相应的工程实例进行说明。

1 排冰方式

1.1 抽水融冰

抽水融冰是一种比较高效的排冰方式，在新疆北疆应用不是很广泛，比较典型的工程实例为新疆玛纳斯河1～5级电站，玛纳斯河梯级电站均为引水式电站，引水方式为明渠引水。山区冬季气温较低，引水流量较小，渠道流速较低，因此在渠道中的大量浮冰进入前池，造成前池内大量浮冰堆积，引水困难，在未采用抽水融冰方式之前，该梯级电站冬季要发电，必须定期清理浮冰，以满足发电要求。目前玛纳斯河梯级电站引水渠道沿线每1～2 km设1口井，电站冬季运行时，渠道沿线水井向渠道输水，一方面可以补给冬季引水量的不足，另一方面利用地下水水温较高的特性，来达到融解渠道内浮冰的目的。自从玛纳斯河梯级电站采用这种排冰方式后，冬季发电时，渠道很少能见到大块的浮冰，电站运行良好。通过这种方式解决了以前一到冬季必须进行人工、机械破冰、排冰，节约了大量的人力、物力，充分贯彻了“无人值班、少人值守”的现代电站工作理念。

抽水融冰作为一种排冰方式，作用效果明显，但这种排冰方式受到水文地质的限制因素较大，若引水式电站引水渠道沿线地下水资源丰富，可采用这种方式，可一次性解决引水式电站冬季的排冰问题。

1.2 排冰闸

图1 排冰闸(舌瓣闸门)图

排冰闸的作用主要是排冰、排漂及泄洪，排冰闸的闸门为舌瓣闸门，工作原理是利用冰块及污物漂浮在水面上的特性，通过表层泄水，把浮冰和污物排出前池，经泄水陡坡排入尾水渠(图1)。利用排冰闸排冰的方式在新疆北疆比较普遍，一般排冰闸设置在引水渠入水口的正对面，这样有利于排冰。

比较典型的工程实例是玛纳斯河一级电站，玛纳斯河一级电站的排冰闸设置在前池进口处，设1道舌瓣闸门，在该电站未利用抽水融冰措施之前，冬季排冰均按这种方式，若渠道中浮冰较多，必须等闸前堆积一定程度，才开启1次，能够把排冰闸前的浮冰排入泄水陡坡，但已进入前池的浮冰，必须通过另外的方式来清冰，常用的方式为拦污栅。此种排冰方式需要视来冰情况而定开启时间及闸门开度，因此需要泄一定水量来排冰。舌瓣闸门需设置保温措施，防止闸门活动部分冻结，目前新疆大部分采用油热和蒸汽加热方式，在闸门埋件上预留加热槽。油热方式是对油进行电加热，此种方式比较经济省事，只需把电引入相关位置即可；另一种方式为蒸汽加热，这种方式必须增设锅炉房，需埋设专门的暖气管道，且加热槽容易锈蚀。

在新疆北疆引水式电站基本均要设置排冰闸，一方面是排冰排漂，一方面兼顾泄洪的任务。但此种方式只能清除部分浮冰，若渠道浮冰较多，必须经常开启。

1.3 拦污栅

目前在新疆北疆引水式电站前池压力钢管进口设置的拦污栅分2种：一种为垂直式拦污栅；另一种是回转式拦污栅。

图2 垂直式拦污栅图

垂直式拦污栅是指拦污栅栅体与闸底板呈80°～90°布置，该拦污栅的清污及清冰方式为提栅清污，一般情况下，此类拦污栅布置2道，分前后布置，互为检修，互为工作(见图2)。启闭设备一般为电动吊葫芦，清污方式为提栅清污，拦污栅分密栅和粗栅，密栅一般用于夏季清污，粗栅一般用于冬季清冰，此类拦污栅清污和清冰必须人工辅助，把污物提出水面，再通过人工清理出前池。比较典型的工程实例为新疆沙湾县金沟河二级引水式电站，该电站前池进口设2道拦污栅，分粗栅和密栅，粗栅栅条间距15 cm，密栅栅条间距8 cm，栅体与闸底板呈87°角，清污方式为提栅清污与人工辅助相结合的方式。目前该电站拦污栅运行良好。此类拦污栅适用于装机较小，当地极端气温天数较少，渠道多年来冰量较少，且必须设置排冰闸的引水式电站。此类排冰方式在冬季极端气温下，必须派人值守电站前池，视来冰情况进行清冰，因此必须耗费一定的人力、物力进行巡查和清冰，但此类清冰方式较为便宜，适用于小型引水式电站。

图3 回转式清污机图

回转式拦污栅是指利用电动的方式来清污，其主体包括：拦污栅栅体、齿耙、驱动装置、传动链条、回转链条、导污板、支撑装置、安全装置和电气控制系统(见图3)，驱动机构布置在栅体上部的一侧，减速机输出轴上的主动链轮，通过链传动带动轮轴组上的从动链轮，从动链轮通过安全保护装置将扭矩传给轮轴组传动轴，传动轴带动2个牵引链轮旋转，从而牵引板式滚子链回转，安装在2条牵引链条之间的清污耙随链条回转，齿耙绕拦污栅栅体回转，在拦污栅顶部前向下至顶部后齿耙向下转动，在顶部将污物顺利卸除。该种方式比较节省人力，且可以采用远程控制的方式。但该拦污栅无法清除大块的浮冰，对于冰凌的清除，效果较差。比较典型的实例为新疆的古尔图6级、7级引水式电站采用该种排冰方式。此种拦污栅适用于来冰量不大，且冰情较轻的小型引水式电站。

2 有关经验总结

设计时根据水工前池的布置来综合考虑前池的排冰方式。

(1) 若引水式电站的引水方式为明渠引水，且电站属于寒冷地区，地下水位较浅，当地冬季来冰量较大，建议采用抽水融冰的方式，该方式比较节省人力、物力，前池进水口只需设置1道清污的拦污栅即可。

(2) 若引水式电站的引水方式为明渠引水，且电站属于寒冷地区，地下水位较深，当地冬季来冰量较大，不具备抽水融冰的条件，建议采用排冰闸和拦污栅相结合的方式。前池的布置型式，建议采用正面排冰，侧面引水的方式。拦污栅及排冰闸的设计要考虑加温措施，以免冻结。

(3) 若引水方式为暗渠或隧洞引水，可不设置排冰设施。

3 结 语

目前，在新疆北疆引水式水电站的排冰方式多种多样，主要是采用排冰闸和拦污栅相结合的方式，该种方式在实际运行中，具有一定的排冰效果，但是比较费人力，在较寒冷的月份，必须派专人值守。采用抽水融冰方式比较节省人力、物力，融冰效果明显，是推荐的排冰方式。拦污栅的排冰能力有限，一般情况下必须与排冰闸配合使用。在目前水工金属结构设备的生产水平下，还无法通过机械设备来完全解决引水式电站的冬季排冰问题。

[1] 刘细龙，陈福荣.闸门与启闭设备[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[2] SL74-2013，水利水电工程钢闸门设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013.

[3] 蔡春源.机械零件设计手册[M].北京：冶金工业出版社,1995.

Ice-removal Measures for Diverted Power Stations in Northern Xinjiang in Winter

DING Lei

(Xinjiang Investigation Design Institute (group) Co., Ltd., Shihezi Branch, Shihezi, Xinjiang 832000,China)

Ice has to be removed for the water-diverted power station in cold region in winter when the power station generates. In consideration of the sustainable development demand of the water-diverted power stations in northern Xinjiang region, the ice-removal measures shall be provided when the power station is designed for this region. The ice-removal measures for the water-diverted power stations in winter are concluded in engineering design as well as advantages, disadvantages and application scope of these measures are demonstrated in this paper.

water-diverted power station; winter; ice removal; measure

2014-12-15

丁磊(1979- )，男,新疆石河子市人，工程师，从事水利水电专业设计工作.

P339

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.010