径流式水电站工程的技术及设计创新
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摘要：本文主要通过对我国当前径流式水电站工程技术及其创新情况进行分析探讨，从中找出问题所在，并结合国外先进技术提出了相应的解决措施，希望有助于推动我国径流式水电站工程的技术创新。
关键字：径流式；水电站工程；技术创新；设计创新
在上个世纪末期以来, 国外公司纷纷加入径流式水电站工程技术创新行列，其中Kn ight Piso ld公司就优化径流式水电站和共用附近已建输电路项目与开发商展开了密切合作。然而, 近些年来, 由于该公司在偏远地区确定了多座水电站站址,已成为首批引入集群项目分担较长距离输电线路大部分费用构想的BC 公司之一。例如, Plutonic电力公司所属东托巴径流式水电站及蒙特罗斯径流式水电站将共用一条150 km 长、230 kV 的输电线路。如果不鉴署这种共担协议, 两座水电站的建设在经济上是不可行的。这样安排也有利于环境, 比如线路共享减少了基面施工。而且, 线路尽可能沿已有伐木道建设, 这样可以减少输电线路通道的砍伐工作量。由于输电线路常常穿越原住民属地, 让他们参与工程可看作是一种特别的环境优势。
一、河道测量及水文评估
调查显示，Kn ight P isold公司在沿海多山的巴芬岛等寒冷的冻土层岩区及非洲茂密的热带丛林等复杂环境中收集及相关水文数据方面具有相当丰富的专业经验, 并且已经在全世界个范围内建了一百多个水文观测站。其收集数据的质量及价值往往由以下几大因素所决定： 测流技术、测站选址、数据质量保证及质量控制、水位――流量关系曲线的绘制及数据分析等。站址选择得当与否对确保获得可靠、明确的水位- 流量关系极为重要。确定、评估并建立一个合适的站址需要很多技能。精确的测流同样很重要,为此该公司使用了一些流量测量仪及测流技术, 包括传统的流速仪、声学多普勒测速剖面仪以及盐、若丹明染料示踪技术。
相关数据表明，在选择测流方法时要根据河床特性及流态相关情况而定。然而, 由于这几种方法所需设备成本高，难以推广且需要不定期地进行校准, 对情况变化极为敏感, 因此用起来很麻烦。选择一个合适的测点以确保示踪化合物完全混合同样需要很高的技巧。然而, 随着在恶劣的野外环境中技术瓶颈的不
断打破, 在测点测得的数据质量不断得以提高。Knight P isold公司正在研制一种自动的多流量若丹明染料测量设备, 这种设备可以遥控记录预定水位下的一组流量值。这样便于在单次大流量期间设置若干个水位- 流量测点, 从而使水位、流量数据的收集能力大大提高。同时，为了便于绘制水文特性曲线, 特别是实测水位――流量值范围外的特性曲线的延长, 开发了分级回归模拟法。在与被比较的流域水文响应的物理过程相结合时, 利用这种方法有助于绘制特性曲线。即使两个测点的流量出现的时间不完全一致, 该方法也提高了公司根据一个测点的流量预测另一个测点流量的能力。由上文可知, 该流量预测方法适合于银行能接受的可行性研究以及当前客户所能筹措到项目资金。
二、进水口的设计技术
对于径流式水电站进水口的设计，主要是为了引水过程中没有出现泥沙及沙石, 因为泥沙及沙石的进入可能撞坏及过度磨损输水系统及水轮机，从而使得径流式水电站的运作不正常。Kn ight Piso ld公司已经对两种融合高效除沙系统为一体的进水口 柯恩达滤网及橡胶堰进水口的设计进行了改进。从实验数据显示, 改进后的橡胶堰进水口及柯恩达滤网在高水能的冰川河流中效果非常理想。
1、柯恩达滤网进水口
柯恩达滤网进水口通过水流的作用吸附到邻近曲面上, 使水从细滤网流过。这种进水口于2004年首次用于加拿大的径流式水电站中。过去5 a来,该公司与Norris滤网制造厂、合作伙伴Pe ter K iew itSons公司密切合作, 对滤网设计进行了优化。设计的滤网过水能力很强, 更有利于鱼类洄游, 同时其除沙能力得到提高, 减少了维护工作量。新的不锈钢滤网可以自动清洗并清除直径小于2 mm 的沙粒,
比第1代产品更牢固并更能承受BC 沿海高山河流的高水位及沙石载荷。2005年, 为麦克奈尔河格林水电站设计的柯恩达进水口获得了BC 工程咨询协会颁发的优秀奖。
2、 橡胶堰进水口
橡胶堰进水口的设计技术是通过采用大直径柱状橡胶堰来确保进水情况符合设计标准，从而橡胶堰将根据前池中传感器的水位变化自动充、放气。当水流较大时, 橡胶堰将实现完全放气, 以便于泄洪及排沙，该设计还将相关物理模拟试验,与操作人员的输入值有机结合起来, 进而改善橡胶堰的设计。最终使得此项设计既能够提高泄洪能力及除沙能力, 维护工作量更少, 还能够使水电站的运行环境更稳定且环境影响更小。
三、压力钢管的设计技术
目前，Knight Piso ld公司等通过采用新型材料，从而减小摩擦阻力并提高了压力钢管的设计效率, 降低了运行、维护费用。该公司在水电站中最先使用大直径塑胶剖面壁W eho lite管。由于Weholite管防腐、坚硬、便于维护且容易安装, 具有非常大的潜在经济效益。调查显示，大直径W eho lite管已在东托巴水电站、拉瑟福德河水电站以及阿伯费尔迪尔水电站等的运用过程中具有明显的效益。由于土的摩擦阻力小, 用来代替常用的大型混凝土块来锚固埋管, 可以缩短安装时间, 减少费用。将压力钢管埋在地下可以减少视觉影响, 保护野生动物迁移通道, 并降低地震可能带来的破坏。
四、 许可及审批过程
在BC, 径流式水电站工程的环境评估过程通常要求获得各级政府机构发放的50多个许可证, 并进行多次审批、复审。这些机构包括加拿大的环境评估机构、BC 环境评估事务所、加拿大渔业及海洋业部门、加拿大运输业、加拿大自然资源、BC环境及林业部、BC综合土地管理办公署, 及其他一些相关机构。开发商也可以得到加拿大环境选择方案的许可。加拿大政府部门在该方案中认可水电对环境影响最小。同时，德国Muhr公司在研读了标书的规定和察看了现场之后, 根据MuhrHydron icM- 5000系列设计出了TRCS概念。Muhr公司的1个小组还必须解决进水口处极高的水流速度( 2 m / s)问题。虽然悬臂和抓耙为流线型设计, 但是正向与横向水流的力量很大, 抵消这些力较之在最大负荷下缩回悬臂和抓耙所消耗的功率还要多。这种清洁机的另一个令人感兴趣的部件是其清洁头。从水面上捞取大量的大件漂浮杂物和从拦污栅中准确地耙出杂草, 不可能用同一个耙进行作业。因此, HydronicM - 5000配备了一个可互换的法兰,这样能更方便地更换清洁头和夹头。
五、结语
综上所述，若要提高径流式水电站的运作功效，就必须进行相应的技术与设计创新，并加大相关科研力度的投入。本文主要对Knight P isold公司的流式水电站工程技术进行分析探讨，对其技术情况进行更深层次的剖析，希望有助于推动我国径流式水电站工程的技术创新。
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