水电站冬季运行方案(新疆引水式水电站冬季运行防治冰害的技术措施研究)

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前言

新疆维吾尔自治区自建国以来，已建成数百个中小型引水式电站，为新疆地区能源供给和经济建设做了很大贡献。但是新疆位于我国西北，冬季气温严寒，在部分高海拔地区甚至可以达到-50℃，如此低温带来了严重的冰害问题。冰块卡主引水渠导致水流不畅、碎冰冲击水轮机叶片导致叶片变形、凝华在电线上的冰导致线缆受力加大等冰害层出不穷[1]。因此防止冰害也成为了亟待研究的课题。

1新疆冬季冰害简介

1.1新疆冬季环境

我国新疆属于典型的温带大陆性气候，新疆河流冬季冰期长，北疆在每年80天左右，南疆由于海拔较高，可达每年120天。新疆河流在冬季普遍有流量小、流冰量大，河流中冰水比可以达1:2到1:4。对于引水式电站来说，站址一般选在山溪性河流两岸。这些地方河水流速快、飞溅严重，水雾易凝华成冰冻住关键机械设备或造成电路设备故障。

1.2冰冻危害

新疆发生过的冰害事故大致有以下数种：

（1）引水渠或引水管道前端河道冰封，无法引水。

（2）引水渠与主河道连接处冰块堆积，无法引水。

（3）引水渠道岸冰和底冰严重，引水流量减小或无法引水。

（4）引水渠冰塞，冰水漫堤，冲毁水渠。

（5）压力前池面封冻，导致压力池水压不足。

（6）排冰闸孔径太小或方向设置不对，排冰效果差或排冰闸门被封冻。

（7）锐利冰锋剪断关键缆线。

（8）泄洪闸门被冰盖静压力破坏

（9）过冷水蒸气凝华压垮输电线路

新疆地区冰害严重，造成的破坏类型多、种类杂，对冬季水电站运行危害甚大[2]。

2破冰工程技术

2.1人工破冰

人们利用冰铲、十字镐、铁锤、钢钎等原始工具用手打手锤的方式消除冰情即人工破冰，是各地广泛采用的处理简单事故的办法。人工破冰简单易行，适用于简单的、小规模的冰害，但是劳动强度大、效率低、成本高且适用范围很小。

2.2机械破冰

机械破冰指在引水渠道、压力池前或水库上使用打冰机、破冰船等机械设备破冰。以履带式挖掘夯板机改装的打冰机在新疆适用范围很广，喀什河三级水电站使用20多年至今，任然有很好的破冰效果。而破冰船因为新疆河流航道狭小，不适合大型破冰船通航，因此使用范围很小。

2.3爆炸破冰

以小容量炸药用人工投掷、打孔等方法引爆主河道或引水渠的大冰块的办法成为爆炸破冰法，全国通用。黄河每年冬天冰期结束前，黄河管委会都会使用大量炸药破冰以防凌汛。在过去破冰技术不成熟的时候，特殊情况下甚至需要调集军队以大炮、飞机轰炸的方式来破冰。新疆平均每个水电站破冰的炸药用量达到200KG以上。

3引水式电站冬季运行要求

引水式电站在冬季渠道引水不允许断流，一旦断流渠道将会很快冻结，渠道冻结之后电站重启发电将会花费大量时间，电站的效益影响和损失将会很大。

因此，冬季引水流量应当稳定，可以适当加大流量，但不宜减小。如遇特殊情况需要停止水流，应当快速放空渠道存水，避免渠道结冰。或者在水量充沛的时候采取不断流措施，上游连续放水，多余水量通过排冰闸和溢流堰经泄水槽至尾水渠，保证渠道水流始终处于流动状态，且渠道水深必须大于1.3米以保证其输冰输水速度[3]。

当地平均气温进入0℃以下时，电站进入输冰特殊运行期，直到日均气温回升至0℃以上为止。在输冰特殊运行期，渠道要设专人进行巡视，以监测渠道的岸冰底冰产生情况和渠道是否发生冰凌阻塞。遇到冰情，应及时采取有效措施处理，防止危害电站正常运行。此外，泄水槽作为冬季运行稳定的关键保障应加强巡视，遇到冬季排冰运行时溅起的水花冻结堵塞泄水道，需采取适当措施疏通，保证其泄水排冰功能正常运转。

4引水式小电站防止冰害具体措施

4.1引水渠前端冰害防治措施

对于新疆引水式小电站而言，河道来水一般会随着季节变化而变化，不同时段水量分布不均匀。冬天的时候天气寒冷，河道环境发生变化，引水渠前端易发冰害。我们发现前端进水闸容易被溅起的水花凝结堵塞，或者由于大量冰凌涌入渠道造成渠道不通畅或者堵塞。我们经过大量实践，得出了以下防治办法。引水渠前端应设置在河床平稳、地势平坦的平稳之地；同时利用正面疏通排冰，侧面引水下流的方法解决一部分冰害。或者用导冰筏及时导冰和疏通河道。

4.2引水渠冰害防治

为了保持渠道畅通，需要在结冰运行特殊时期对引水渠道、交通桥底部、排洪涵口部进行每日例行检查，主要检查内容为渗水情况和排水情况。对渠道沿线产生的岸冰要多加重视、及时处理，岸冰宽度不能大于0.8米，接近或超过该值需要及时处理。如果温度下降到零下25℃以下，应当提高巡视频率。渠道发生冰凌阻塞时，要及时组织人力和机械进行清除。引水渠沿线一般会布置交通桥，气温降低时水位变化较低桥墩等的地方容易结冰，要随时关注这些地方的产冰情况，及时清除。

4.3其他防治措施

处于冰期的时候，水电站内应当开启热风幕机供暖，防止站内关键元件结冰。开启前池泛水泵防止栅栏前形成冰盖，开启导轨内电加热防冰装置防止导轨结冰。冬季冰期特殊运行期要设专人看守拦污栅，根据池前来冰情况开启冲污泵排冰，同时辅助以人工湖捞冰。回转式栅栏出现冰情要及时开启高压蒸汽喷嘴除冰。拦污栅栏捞起来的冰块和污物及时排入泄水槽，防止聚集难以清理。每天检查溜冰槽陡坡段，出现冰凌淤积时，安排机械或者人工及时疏通。气温在冰点以下时，保温房供暖要及时开启，防止电线电缆、闸口、门槽等活动部位结冰。

5结束语

新疆地区冬季严寒，水电站冰害现象较为普遍，尤其是引水式小水电站受到的影响更大。但是需要看到的是，引水式水电站虽然可以解决众多偏远地区的电能运输问题，但它的单位发电成本和冰害防治成本远高于大型水电站。因此，尽可能多的开发干流大型水电站，减少对小水电的依赖是解决冰害最有效的战略手段。在技术上，要总结学习前人经验，不断创新开发防治冰害的新理念、新措施和新技术，这样才能防患于未然，新疆人民的用电环境才会达到最佳。

参考文献

[1]何绪生，蔡宇良.水电站冬季运行探讨[J].水利与建筑工程学报,2018,28(06):18-19.

[2]崔东东,王世平.西北地区水电站防止冬季结冰的措施[J].甘肃水利水电技术,2017,37(12):16-17.

[3]田永强,聂国伟，周强.引水渠冰害防治措施[J].城市科技通讯,2018,26(17):45-46.