冬季泄流装置在哈达山水利枢纽的研究与应用

冬季泄流装置在哈达山水利枢纽的研究与应用

陈俊锋张聪

松原市哈达山发电有限公司  吉林松原  138000

【摘要】哈达山水库冬季运行时，库区水面及闸门结冰，表孔弧门受静冰压力及冰冻的影响很大，为保证春汛及冬季闸门正常开启，采用冬季泄流装置，解决严寒地区弧门启闭问题。

【关键词】冬季泄流装置；哈达山；应用

1、基本概况

哈达山水利枢纽工程位于松嫩平原第二松花江下游，距松原市20公里，水库库容6.04亿m3，控制流域面积71783 km2，冬季最低气温-30℃。溢流坝最大坝高13m，坝顶宽10m，坝顶长度为2393m；溢流坝全长297.50m，泄洪闸为弧形钢制闸门，闸门尺寸为16×8m；电站内安装5台6900千瓦灯泡贯流式水轮发电机组。

2、冬季泄流装置的应用

哈达山水利枢纽溢流坝段布置有16孔弧形工作闸门，溢流坝弧形工作闸门设计工况为冬季不开启，弧门设计不考虑冰压力。

上游丰满水电站重建工程开工以来，为满足施工要求，丰满发电厂临时增加下泄流量，哈达山水库上游来流量比往年增大。由于哈达山水库溢流坝弧形工作闸门冬季无法开启，单台机组额定流量为160.02 m3/s，5台机组最大泄量仅800.1 m3/s，一旦上游来水超出800.1 m3/s，将使水库水位持续上涨，正常蓄水位与闸门顶之间库容十分有限，甚至会造成闸门顶过流，对溢流坝弧形工作闸门以及整个大坝运行带来极大隐患。1～3月份，哈达山水库最大入库流量为772m3/s，超出同期设计最大来水量3倍，使哈达山水库冬季一直处于高水位运行。进入4月份后，随着气温回升，春季冰雪融化更加重了哈达山水库的调度压力，哈达山水库最大入库流量达到802m3/s，5台机满发的情况下，坝前水位最高曾达到140.7m，距闸门顶仅0.6m。（如下图）

（图1）弧门结冰           （图2）支铰冰冻

因此，为保障哈达山水利枢纽自身及下游安全，我们对溢流坝弧形闸门进行了技术改造，使冬季闸门具备开启条件，使电站运行更加灵活，为电力系统的运行安全创造了有利条件。

2.1、冬季泄流装置的结构原理

溢流坝弧形工作闸门冬季泄流装置是利用原工程靠厂房侧的6孔弧形工作闸门埋件设有融冰加热装置的其中2孔进行。采用2个溢流孔各设一套冬季泄流装置，抬高溢流坝弧形工作闸门底坎高程，避免弧形工作闸门冬季运行时其下游结构处于水下，防止结冰，使冬季弧形工作闸门在融冰加热装置和弧门上游射流防冰冻装置的共同工作下，进行弧形工作闸门冬季开启的原理。如图（3）所示：

                 （图3）溢流坝冬季泄流装置

冬季泄流装置为平面滑动结构，门叶为面板、主横梁、次梁及边柱组合焊接结构。主横梁为工字型截面梁。该结构分上、下两节设计，现场组装成一体。下节结构宽度与溢流坝弧形工作闸门宽度相同，在水流作用下,可动水就位到溢流堰顶的工作位置，上节由门槽导向结构和顶横梁共同组成。上、下两节之间采用活动较轴连接,每节结构两侧分别设有导向侧轮，上节横梁设有挂体结构,与溢流坝检修闸门机械式自动抓梁配合,利用坝顶2×630kN双向门机启闭。

冬季泄流设备按正常蓄水位140.5m，侧止水布置在下节门叶两侧，与溢流坝弧形工作闸门埋件侧止水座板配合，起到侧向止水的作用，侧止水为“L”型橡皮。底止水采用橡胶垫块，布置在下节门叶主梁后翼处，与溢流坝弧形工作闸门埋件底坎配合，起到底部止水的作用。冬季泄流设备冬季运行时，下节结构坐于溢流坝堰顶上，其与溢流坝弧形工作闸门配合面设有底止水座板，与溢流坝弧形工作闸门底止水共同作用，对溢流坝弧形工作闸门底部起到止水作用。

2.2、冬季泄流装置的运行情况

每年江道封冻前，先使冬季泄流装置在溢流坝检修闸门门槽就位，然后开启溢流坝弧形工作闸门，使冬季泄流装置下节在上游水位的作用下动水就位至溢流堰顶，就位过程采用坝顶门机配机械式自动抓梁控制其就位。冬季泄流装置下节就位到溢流堰顶后，再关闭溢流坝弧形工作闸门。此时，溢流坝弧形工作闸门底止水工作面高程为136.0m，高于下游冰面高程135.5m，满足溢流坝弧形工作闸门冬季开启时，弧门底止水下游处于下游河道冰面高程的要求。

春汛结束后，先开启溢流坝弧形工作闸门，利用坝顶门机配合机械式抓梁提升冬季泄流设备出孔口后，关闭溢流坝弧形工作闸门，使溢流坝弧形工作闸门进入常规工作状态。

冬季泄流设备结构布置及设计理念新颖，属技术创新设备。溢流坝冬季泄流装置已在哈达山水利枢纽成功应用，可有效解决溢流坝弧门冰冻问题，保证弧门冬季安全开启，使哈达山水库冬季运行安全，提高了水库运行的灵活性，为电网调度、水库调度创造有利条件。

3、结论

    哈达山水利枢纽地处严寒地区，冬季确保水库和金结设备安全运行至关重要。近年来，随着设备运行工况和外界环境因素的改变，科学合理的调整水库和金结设备的运行方式，可有效提高设备运行安全可靠性能。哈达山水利枢纽冬季运行将压力水射流法、融冰加热除冰法、冬季泄流装置等综合运用，有效减缓了闸门前冰层压力，确保弧门可在春冬季节安全开启，提高水库冬季运行安全性、可调节性，使水利枢纽运行方式更加灵活、可靠。该项目的综合运用不仅验证了除冰防冻装置的实际应用效果，对严寒地区同类型水电站冬季运行也具有重要参考意义。

参考文献：

【1】《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006）附录D冰压力计算；

【2】《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）5.结构设计；

【3】《机械设计手册》（第四卷）压力系统热平衡计算。

1