摘要：蜀河水电站自投运以来，每年汛期洪水中携带大量树枝、庄稼禾秆、树根、藤条等污物顺流而下，堆积在机组进水口拦污栅前或吸附在拦污栅栅体上，导致机组出力下降甚至被迫停机清污，影响了发电的效益。电厂原清污抓斗只具备静水清污功能，在原清污抓斗的基础上进行了改造，实现了动水清污功能，解决了生产过程中的实际问题，增加了发电收益，降低了工作人员的安全风险，保障了拦污栅及机组的安全稳定运行，对存在类似工程问题的水电站具有一定的设计及技术改造借鉴意义。
关键词：拦污栅；清污抓斗；动水清污；功能；实现
1．工程概况
蜀河水电站位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1km处，距旬阳县城51km，距上游已建的安康水电站约120km，距下游已建的丹江口水电站约200km，是汉江上游梯级开发规划中的第六个梯级电站，是陕西汉江投资开发有限公司开发建设的第二个水电站。
蜀河水电站工程的主要任务是发电，并兼顾航运等。主要承担陕西电网的调峰、调频以及事故备用等任务。工程规模为二等大（2）型，主要建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核，相应洪峰流量分别为30000m3/s和38100m3/s。设计洪水位为222.05m、校核洪水位为227.15m（总库容为3.235亿m3）、正常蓄水位 217.30m（相应库容1.76亿m3）、死水位为215.00m、汛期排沙水位为212.00m。坝顶高程230m，坝顶长度290m，最大坝高72m。调节库容为0.24亿m3，为日调节水电站。
蜀河水电站为砼重力闸坝、厂顶溢流式厂房，安装六台灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量45MW，总装机容量270MW，保证出力57.4MW，年平均发电量9.53亿kW.h，年利用小时3530h。枢纽建筑物从右至左由右副坝表孔坝段（1孔）、泄洪闸表孔兼垂直升船机坝段（1孔）、泄洪闸表孔坝段（4孔）、导墙坝段、厂房坝段（厂房表孔6孔，下部机组6台）、安装间表孔坝段（安装间右表孔1孔、安装间左表孔1孔）等组成。
由于坝址处河道较窄，洪水峰高量大，为了满足宣泄洪水的要求，电站采用了国内乃至世界少有的厂顶溢流式厂房，即在六台贯流式水轮发电机组顶部重叠布置了六孔厂房泄洪表孔，并采取了机组进水口检修闸门、拦污栅及厂表检修闸门三门共槽的布置方式。机组坝段从上游至依次设置了清污抓斗栅槽、拦污栅栅槽（与机组检修闸门共槽）、上游流道、转轮室、尾水管、尾水事故检修闸门门槽。
2．情况说明
蜀河水电站位于陕西省旬阳县的汉江干流上，电站自投运以来，每年汛期行洪期间，洪水中携带大量树枝、庄稼禾秆、树根、藤条等污物顺流而下堆积在机组进水口拦污栅前或附着在拦污栅栅体上。而电站在工程阶段原设计安装一台液压清污抓斗，只具备在机组停机下进行静水清污的功能，但不具备在开机情况下动水清污功能，经常由于拦污栅栅面堵塞严重和压差超标，导致机组出力下降甚至被迫停机清污，影响了发电的效益。
原清污抓斗不具备动水清污主要原因为：在于动水清污时，清污抓斗的重量过轻，无法满足开机情况清污的要求；清污抓斗清理不下缠绕在拦污栅上的污物；清污抓斗的斗爪和斗齿强度不足；清污抓斗的液压系统工作性能不能满足动水清污的需要；清污抓斗和门机主机进行电气连接的电缆强度较低，在动水清污时容易和拦污栅前的污物产生钩挂，造成电缆的损伤；电缆卷筒对电缆的卷绕力较小，容易和清污抓斗本身产生钩挂和挤压，造成电缆的损伤。
根据上述要求和现场的实际情况，蜀河水电厂决定对原有清污抓斗进行技术改造，以适应动水清污的需要。主要措施为：将原有清污抓斗22.45吨重量增加至40吨，改造清污抓斗液压系统增加抓斗的抓合力；改造电缆卷筒启闭力；改造清污抓斗电气连接电缆，由原普通电缆改为复合钢丝绳电缆，增加抗拉力和防破损；斗齿由原直径30mm增大至60mm，改造原固定斗齿为可拆卸式，便于损坏变形斗齿更换；同时斗爪增加强度，改造斗爪由原整体开合，为能分段开合和整体开合两种方式。
3．技术改造方案及实施过程
本项目于2014年5月签订了设计合同，2014年8月完成了设计；2014年10月签订了技术改造合同，2015年5月完成了出厂验收，2015年6月完成了现场改造和安装。为了满足动水清污（机组负荷不低于3万kW）需要，新抓斗主要做以下改进：
（1）通过计算将新抓斗自重由原抓斗的22.45吨增加至40吨，满足动水清污需求。
（2）导向轮装置进行重新设计，加大上下导向轮垂直方向的距离，导向轮装置支架下部为倒梯形便于清污时入槽，减少与栅槽的磕碰，确保清污抓斗始终保持和拦污栅相对位置准确和稳定。
（3）新抓斗架由工字梁改为箱型梁结构，翼缘板和腹板均加厚，优化新抓斗抓斗架结构，为减少向上水流对抓斗冲击的影响，抓斗架横梁宽度变小并将其数量由4根减少为2根，横梁下部采用弧形结构，上述处理理论上可将水流对抓斗架的上冲力减少至原抓斗的1/5。
（4）将原抓斗结构形式改造为上下游均可转动耙爪。转动耙爪共两组4瓣，转动耙爪完全张开后，下游侧的齿尖可以紧贴拦污栅栅面铲下附着在栅面的杂物。由于上下游采用相同的转动耙爪且同步开闭，便于起吊时抓斗的平衡。斗齿材料为热处理的40Cr合金钢，直径由30 mm增大至60mm，增大斗齿根部的抗弯截面系数，斗齿为可拆卸式，便于损坏变形斗齿更换。耙爪结构梁及斗齿安装架均由板式改为箱型梁结构，提高转耙架的结构强度、刚度和稳定性。转动耙爪整体加工完成后热浸锌处理。
（5）改造后的抓斗清污宽度为12m，可以对拦污栅进行全跨清污。改造后抓斗可以实现分别开闭、分段卸污的功能。液压泵站重新制作，油箱箱体热浸锌处理。液压油缸数量由4个增加至8个。所有液压管路采用不锈钢材料，改进新抓斗液压系统的工作性能和密封性能增加，其工作的可靠性。
（6）改进抓斗液压系统与其主机的电气连接，连接抓斗采用变频电缆卷筒，电缆用高承拉复合钢丝绳电缆，最大拉力设计为1.5T。电缆的插头和插座可同时满足其余几套抓梁公用的要求，拆装方面并满足深水工作的要求。电缆卷筒采用变频、卷绕力可调整的变频电机电缆卷筒，电缆卷筒卷绕力可根据清污和提栅、提门工况方便的进行调整。
（7）液压清污改造前后技术参数如下：
改造后液压清污抓斗满足设计动水清污（机组负荷不大于3万kW）的要求，能够及时清理电站进水口靠近拦污栅前的漂浮污物以及附着在拦污栅栅面的污物、沉积于拦污栅底部靠近拦污栅的污物。主要参数为清污宽度12米、斗容14m³、油泵电机功率5.5Kw、液压系统工作压力8Mpa、油缸最大推力60KN、油缸最大拉力47KN。抓斗结构机械部分主要由导向轮装置、抓斗架、液控系统、转动耙爪等组成，更换了高承拉电缆、高承拉变频电缆卷筒、操控台等电气部分。
4.使用效果及经济效益
2015年6月下旬，蜀河上游流域连降大到暴雨，洪水携带了大量的树枝、庄稼禾秆、树根、植物藤条等污物，顺流而下堆积在蜀河水电厂机组进水口拦污栅前，造成拦污栅过流面严重堵塞。28日8时，三至六号机组拦污栅压差均超过2米（三号2.88米，负荷41MW；四号2.03米，负荷42MW；五号2.05米，负荷40MW；六号2.34米，负荷39MW；拦污栅设计压差4米，机组额定出力45MW），致使本就低水头发电的贯流式机组无形之中损失了宝贵的水头，严重影响拦污栅及机组的安全稳定运行，也造成一定的电量损失。为了抢发电量，该厂果断实施了进行静水试验，直接进行动水清污的措施，以实践检验新抓斗的改造效果，为抢发电量增效益。经28日、29日动水清污后，各机组拦污栅压差均将至0.5米以下，机组负荷均在45兆瓦左右，动水清污获得了失效，28日增发电量24万千瓦时。
2016年7月6日，电站上游来水，洪水加裹着大量水生植物和杂物拥堵在机组进水口水面层。藤蔓状的水生植物在机组开机运行时会逐渐下沉，吸附在烂污栅面，致使拦污栅压差增大，机组出力减少。在最严重时可能会造成机组无法正常运行，机组振动增大、拦污栅条变形等不良后果。该厂首先使用清污抓斗对各台机组进水口漂浮的水生植物进行清理。在清污抓斗进入进水口门槽后，将斗爪至全开位，人为观察清污抓斗下降至淹没整个斗爪后，再下降约1米位置，闭合斗爪。清污抓斗提升后，斗爪内部挤满杂物。在反复清污完毕漂浮的水生植物和杂物后，清污抓斗动水清污，将吸附在拦污栅面和拦污栅前底部杂物进行清污，反复几次，拦污栅压差明显下降。
清污抓斗自2015年6月投运至今，不论是在汛期动水清污，还是在机组大、小修前的水下清污都效果显著。2016年7月累计进行清污工作1周时间，单机清污时间8小时。当时正值雨季，上游来水量较大，杂物拥堵拦污栅造成机组拦污栅压差较大，造成机组出力减小了。如按照原清污抓斗停机清污计算：单台机组按40MW出力，8小时损失发电量32万KW.h，经济损失约10万元。改造后的清污抓斗，清污时只需将机组出力降至30MW，便可动水清污。据统计，该抓斗至今已完成60次动水清污，减少停机60次，避免了停机人工提栅清污带来的安全风险，减少了工作人员的劳动强度，增加电量960万KW.h，创造经济效益319.68万元。同时累计清理24台次机组拦污栅底坎沉渣240米3，为机组大小修的顺利进行奠定基础。降低了拦污栅压差，保障了拦污栅及机组的安全稳定运行。及时清理打捞机组进水口水面漂浮物、栅面附着物和拦污栅底坎前的沉渣，很大程度上减少了对汉江水质的污染，确保了“一江清水送北京”。
5．结束语
蜀河水电站位于陕西省旬阳县的汉江干流上，电站自投运以来，每年汛期行洪期间，洪水中携带大量树枝、庄稼禾秆、树根、藤条等污物顺流而下堆积在机组进水口拦污栅前或附着在拦污栅栅体上，而电厂原设计的清污抓斗只具备静水清污功能，经常由于拦污栅栅面堵塞严重和压差增大，导致机组出力下降甚至被迫停机清污，影响了发电的效益。经过电厂对原有的液压清污抓斗改造，实现了动水清污功能，解决了水电厂生产过程中的实际问题，取得了可观的经济效益，也避免了停机人工提栅清污带来的安全风险，减少了工作人员的劳动强度，保障了拦污栅及机组的安全稳定运行，同时对存在类似工程问题的水电站具有一定的设计及技术改造借鉴意义。
论文作者:李泉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/1
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