盐锅峡水电站机组栏污栅清污的效率提升

盐锅峡水电站机组栏污栅清污的效率提升
摘要：本文详细了盐锅峡水电站拦污栅清污中存在的问题以及解决这些问题所
采取的措施和方案。

关键词：关键词；栏污栅；清污设备；改造；
0引言
盐锅峡水电站是黄河上游最早建成投产的大型水利枢纽工程，工程枢纽由溢
流坝、挡水坝、坝后式厂房及厂房和坝体之间设置的110KV升压站四部分组成。

大坝全长321米，最大坝高57.20米，设计总库容量2.20亿立方米，现实际库容4000万立方米。

工程于1958年9月27日正式动工，1961年11月18日第一台
机组并网发电，经1990年和1998年两次扩建与2002年至2014年八次增容改造，现有装机10台，总装机容量50.96万千瓦。

电站有十台机组，每台机组一个进水口，进水口共10孔，每孔进水口设置固定、轻便拦污栅各一道，每扇固定拦污
栅共8节，分四次起吊；每扇轻便拦污栅共3节，一次起吊，轻便拦污栅有左右
2根拉杆，每根拉杆共2节，轻便拦污栅通过导轨挂在固定拦污栅上。

固定拦污
栅重量29.4吨，共八节，尺寸8.56×23.46米，单节尺寸8.56×2.94.米；轻便拦污
栅尺寸8×7.916.米。

目前电站的清污方式采用坝顶门机提栅人工清污。

坝顶门机
卷扬机吊钩与轻便拦污栅拉杆挂接，操作卷扬机将轻便拦污栅提升一定高度，拆
除拉杆，将轻便拦污栅吊出，清污人员将拦污栅上污物清理干净，然后将轻便拦
污栅再放回栅槽。

当轻便拦污栅清污回装后测量机组压差，若压差依旧很高，则
将轻便拦污栅提出放置在溢流门槽，对固定拦污栅提出并逐节分解，用杉杆固定
在坝面进行人工清污。

每年机组的清污耗时耗力，还存在较大的安全隐患。

1 目前电站拦污栅清污所存在的问题
盐锅峡水电站位于甘肃省永靖县内距兰州市70公里，电站位于黄河刘家峡与八盘峡水电站之间。

多年以来，盐锅峡水电站一直存在着汛期机组进水口拦污栅
压差较大的问题，库区大量的漂浮物堆积、污物堆积在机组进水口前，产生以下
后果：
1.1 影响机组的安全运行
污物量大，压差频繁越限。

在汛期，盐锅峡和八盘峡水电站上游流入库区内
的漂浮物较多，如2018年汛期，拦污栅清污物2784.5立方米；库区漂浮物清污
物1760立方米，主要污物为树干、树根及杂物，漂浮物顺水流进入机组进水口，附着在机组拦污栅上造成拦污栅堵塞，“7.23”局地暴雨时，压差最高达5米，盐
锅峡电站机组全停，10号机组轻便拦污栅出现变形，部分较大污物进入机组蜗壳，影响机组安全运行，存在拦污栅压垮、水轮机设备损坏的安全隐患。

1.2影响机组发电量，造成经济损失。

在主汛期泄洪期间，因清污需要停机和拦污栅压差使净水头降低，一方面因
泄洪水量白白损失，另一方面拦污栅压差高造成电量损失。

2018年盐锅峡流量超
过1450立方米/秒后，机组停机清污损失电量达2334.77万千瓦时，经济损失达248.7万元。

“7.23”洪峰拦污栅压差高被迫停机，盐锅峡机组清污损失电量达4580.32万千瓦时，经济损失达487.8万元。

1.3清污效率低，耗费较大人力资源。

清污时间长，盐锅峡水电站一扇拦污栅清污需要3.21小时，固定拦污栅清污
不间断工作需要25小时。

污物严重时同时需要21人共同配合清污（司机3人，
指挥1人，工作负责人1人，安全监督1人，清污人员15人）.
1.4存在安全隐患。

拦污栅清污工作涉及到临水、临边和高处作业等高风险作业。

同时由于拦污
栅使用年限长，锈蚀严重，拦污栅连接板断裂后还需潜水检查并处理，安全隐患大。

1.5拦污栅污物清理不彻底。

机组清污需要将拦污栅提出，拦污栅清理时提升过程中拦污栅上附着的大量
杂物掉落，落至拦污栅底坎处，造成拦污栅清理后落栅不到位，部分杂物进入机
组蜗壳内，影响机组安全运行。

1.6库区清污费时、费力。

沿河的生活垃圾、下雨时两岸杂草树木、洪水冲刷河岸带来的污物等全部汇
入河道，重量轻的全部漂浮在水面，汇集在坝前库区，因机组运行和水流影响，
污物在库区动态漂浮，清污需要专业清污单位进行，清污时间长。

1.7需要配置较多辅助清污工具及安全防护工具。

因拦污栅栅体较高，高处污物的清理需要自制工具，同时清污人员清污时必
须配置生命线、防坠器、安全带、救身衣等防护用品，增加成本。

2 清污设备改造方案的选择
对于水电站拦污栅污物的清理，国内已经开发出了回转式、抓斗式、栅格式
等种类的清污机械，液压清污抓斗和机械加压清污抓斗技术成熟，这些抓斗有一
侧斗齿固定、一侧斗齿转动式，有两侧斗爪均为转动式，有双爪联动式，有单耙
式和多耙组合式等多种形式，这些清污抓斗均达到了国内一流的水平，遍布国内
数十个电站，达到了良好的清污效果。

为解决盐八两站机组清污和库区清污，安
排人员对清污效果显著的石泉水电厂、喜河水电厂、二滩水电厂、桐子林水电厂、五强溪水电厂和清污机制造厂家进行调研，通过交流学习，了解到兄弟单位使用
清污机后，清污效率大大提高，开机动水情况下完全可以达到清污的目的，清污
时人员只需要两人就可进行。

故盐锅峡水电站完全可以通过对现有设备适应性改造，达到现地遥控清污或人机配合机械清污的目的，减少清污人员，减少电量损失，清污工作将更安全、更高效。

根据现场的实地调研，对比清污机效果和清污
效率，结合盐锅峡水电站的实际情况，对于盐锅峡拦污栅污物的清理最好方案是
采用抓斗式机械清污方案。

3清污设备改造的具体方案介绍
3.1清污设备实施方案的要求
（1）不改变电站现有水工建筑物
（2）不改变电站现有门机设备原有功能
（2）清污设备具有较好清污效果和较高清污效率
（3）实现动水清污
（4）能够可靠方便地对清污设备进行检修和存放。

（5）减少清污人员，避免了临水、临边作业和高空作业的危险性，降低人工的劳动强度并保证清污工作的安全性。

3.2满足解决拦污栅清污所存在的问题，清污设备所采取的措施
3.2.1采取的清污方案不改变电站现有水工建筑物的措施
（1）采用了专利技术摇篮式清污机方案（摇篮式清污机,专利号：ZL 2012 2 0272057.3,该专利已使用工程：五强溪水电站、若水水电站、石泉水电站、喜河
水电站），本方案不需要对水工建筑物做任何改动，清污抓斗采用了折线升降进
行清污的方案，进行清污时，先将清污抓斗下降至上游胸墙以下的主拦污栅的上部，然后再通过移动小车将清污抓斗向上游移动至清污的工位，此方案既能保证
正常的清污也能避免清污抓斗及起升机构钢丝绳和孔口产生干涉；
（2）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。

拦污栅的侧导向轮可方便地打开和缩回，也能
有效避免抓斗清污过程中的卡死（可避免被轨道卡死的清污抓斗，专利号：ZL 2014 2 0711850.8,该专利已使用工程：五强溪水电站、若水水电站、喜河水电站、福建沙溪口水电站）；
（3）孔口宽度8m，抓斗设为两瓣，两瓣抓斗可以根据两侧污物具体情况自
行决定闭合程度，抓斗抓取的污物也可以方便的随时装车运走，泄污时每瓣可单
独打开，污物不会倾洒在地面上，不需要在现场增设专门的污物处理设施；
（4）清污设备不用时，可以将抓斗和其起升机构方便的脱开，抓斗及其起升机构可以锁定在拦污栅孔口的拦污栅顶部空间内或电站指定的其它位置，不需要
另外增设清污设备的存放设施并可方便的对设备进行检修。

3.2.2不改变电站现有门机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）在门机小车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。

对此问题采用变频调速的技术来解决这
一问题。

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）在门机司机室联动台上需要操作清污设备操作开关及按钮、指示灯等，以清污作业的需要；
3.2.3使清污设备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，提高清污设备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，为使清污设备具有较好的清污效果及较高清污效率，
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8方；
（5）由于本悬挂摇篮式清污设备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）可以方便的将抓斗抓取污物倒至转运汽车上；
（7）对清污设备各工位均设有相应的行程开关进行电气连锁与保护，使该清污设备可根据需要进行手动、半自动或全自动的操作；
（8）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；
（9）当进行清污和提栅的工作转换时，本清污设备可迅速完成上述的转换，坝顶门机和清污设备的机械和电气连接及脱开可很快完成。

3.2.4满足清污设备动水清污的措施
使清污设备动水清污，是解决电站清污问题的另一个技术关键。

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。

但盐锅峡水电站
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
采用“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（专利号：ZL 2012 2 0145070.2），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。

对此如采用“液压抓斗的高承拉电缆电气传输装置”的这一专利技术（专利号：ZL 2013 2 0386204.4），可解决上述的问题。

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蜀河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，使较大的提
高电缆卷筒的卷绕力成为可能。

我们的解决方案是，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，清污抓斗的重量不小于20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。

3.2.5采取的方案应能对清理出的污物方便的收集和转运的措施
当抓斗抓满污物提出坝面后，门机开至卸污位置可将污物直接倾到转运汽车内，可方便的将这些污物运走，抓斗共两瓣，泄污时可分别打开，以免污物散落
坝面。

该清污方案可大大降低人工的劳动强度保证清污工作的安全可靠运行，其既
能清理栅前附近及贴附在栅面上的污物，还要能清理底坎处及栅顶处污物。

设备
不使用时可以方便地与门机脱开，抓斗及其起升机构可以方便锁定在拦污栅孔口
上部或其它位置，可方便的对其进行日常检修维护工作。

3.3清污设备的主要部件及结构简介
盐锅峡清污设备主要包括（1）高承拉电缆卷筒、（2）多瓣抓斗用电缆卷筒、（3）起升机构、（4）检修平台、（5）液压清污抓斗、（6）多瓣抓斗、（7）
抓斗检修用临时支架、（8）电控系统等组成，如图1所示：
图1
其中（1）高承拉电缆卷筒安装于门机小车架平台上游侧，（2）多瓣抓斗用
电缆卷筒安装于回转吊回转立柱上，（3）起升机构安装于门机小车架主梁下部，（4）检修平台安装于门机门架端梁下部，（6）多瓣抓斗安装于门机回转吊吊钩
下部，（5）液压清污抓斗安装起升机构动滑轮组，（7）抓斗检修用临时支架放
置于坝面上用于检修使用，（8）电控系统等组成分别放置在回转吊电气室和门
机司机室内。

3.3.1高承拉电缆卷筒
高承拉电缆卷筒安装于门机小车架平台上游侧，用于给清污抓斗提供电源和
电气控制信号，其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,是确
保动水实现正常清污的关键技术。

3.1.2起升机构
图2
起升机构结构型式如图2所示，其由两台电动机（1）、两台机架（2）、两
台减速机（3）、左卷筒装置（4）、吊板（5）、闸门开度装置（6）、中间轴装
置（7）、上极限限位装置（8）、右卷筒装置（9）、平衡滑轮装置（10）、动
滑轮组装置（11）、检修滑轮（12）等组成。

（1）电动机：起升机构采用两台冶金及起重专用的变频电机，该电机具有能力大、机械强度高、起动转矩大的特点。

（2）卷筒装置：起升机构卷筒采用双层缠绕，焊接卷筒，返回角不大于2°。

（3）起升机构吊架：起升机构的吊架上部吊耳与坝顶门机副起升机构的吊耳连接，下部吊装卷筒装置等，其强度与刚度满足要求。

3.1.3液压清污抓斗
为了适应盐锅峡发电厂拦污栅的清污工况，清污抓斗的结构型式如图3所示，清污抓斗由侧导向轮（1）、下游侧拦污栅导轮（2）、液压管路（3）、液压泵
站（4）、电缆绕盘（5）、转动耙爪（6）、斗架（7）、液压油缸（8）、铲齿（9）组成。

本清污抓斗采用了《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》的实用新型专利（专利号ZL 2012 2 0145070.2）技术，该抓斗
的侧导轮（1）和拦污栅导轮（2）分别以拦污栅孔口侧壁和拦污栅栅面作为导向，保持清污抓斗相对拦污栅的位置，避免了清污过程中抓斗和拦污栅产生干涉，使
清污抓斗能够进行动水清污工作得到了保障。

由于电站的污物多以树根、水草、
庄稼禾杆、树枝等条类污物为主，抓斗的铲齿（9）和转动耙爪（6）的斗齿采用
了前端尖利的圆柱形斗齿，使其非常适用于插入并抓取这些污物。

图3
由于电厂的拦污栅有十孔，拦污栅孔口设计宽度为8m，为了清污抓斗的侧导向能够适应每一孔口栅槽的宽度，将侧导向设计成如图所示的由油缸操作的可调
整宽度的结构，这样，清污抓斗的导向宽度可以调整。

清污抓斗的清污宽度为
7.7m，为保证抓斗抓满污物后能顺利卸污至载重汽车中，抓斗转动耙爪设计为双瓣，每瓣采用两根油缸驱动，每瓣宽度约为3.8m，可对其分别进行开启或关闭以使污物不会散落到坝面上。

对清污抓斗的电气和液压元件均进行了严格的密封，抓斗的各转动销轴采用
不锈钢制造，各铰接处采用适宜水中工作的自润滑轴承，对抓斗的斗爪采用热浸
锌进行处理，保证了抓斗长期可靠性的工作。

斗齿采用了前端尖利的圆柱形斗齿，使其非常适用于插入并抓取这些污物。

为保证清污抓斗斗齿的足够插入力，抓斗
的自重需要进行计算并配重。

4 清污设备改造后的效益评估
4.1提高清污时人员安全
盐锅峡水电站清污工作都存在临水、临边和高空作业，清污机的实施可节省
辅助工具、避免多人员临水、临边和高空作业工作中可能出现的隐形安全风险，
从技防上避免了安全事件的发生。

4.2节省清污时间
采用清污设备后，完全由清污机对拦污栅或底坎进行抓污，节省了原来需要
的挂钩、拆卸拉杆、提栅、天车行走、清污、放栅等时间。

4.3减少清污费用支出
目前盐锅峡水电站通过改造清污方式后，极大的减少清污人员，解放人工，
通过遥控就可清污，两人就可完成全部操作。

只需承担一定的污物运输费用。

4.4提高发电经济效益。

改造后的清污设备可以实现不停机动水清污，避免因拦污栅压差过高造成的
停机清污。

目前拦污栅使用年限长，盐站轻便拦污栅已经出现主体结构变形、断
裂情况，栅条断裂经常发生。

此次改造后，拦污栅主要承受污物挂在拦污栅上的
水平力，不在承受污物的重量，拦污栅的寿命可大大提高，同时减少维护工作量。

以2018年停机清污的情况，盐锅峡水电站可多发电量产生736.5万元的经济效益。

作者简介：
王勇刚：1997年6月参加工作，长期从事水电运行与安全及管理工作，高级工程师
闫天永：1997年12月参加工作，长期从事水电运行与安全工作，工程师、注册
安全工程师。