桐柏蓄能電站輸水系統充排水淺析

樊衛彬，李廣亮

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺 317200）

桐柏蓄能電站輸水系統充排水淺析

樊衛彬，李廣亮

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺 317200）

桐柏抽水蓄能電站輸水系統作為電站樞紐的重要組成部分，其充水、排水操作是電站運行過程中的一個重要環節,為確保充排水過程安全及引水壓力鋼管應力釋放和位移觀測,將整個輸水系統充排水過程分階段完成，本文通過對2014年l號輸水系統充排水的介紹,淺析桐柏輸水系統充排水情況,以供國內同類電站參考。

輸水系統；充排水；總結

1　概述

桐柏蓄能電站位于浙江省天臺縣境內，距天臺縣城7 km，是一座日調節純抽水蓄能電站，主廠房和主變洞均設在地下。電站裝機容量120萬kW，內設4臺單機容量為30萬kW的立軸單機混流可逆式水泵水輪機/發電電動機組。

輸水系統位于上下水庫之間的山體內，采用一洞二機、斜井、尾部廠房布置方案，主要由上平段、斜井、下平段、尾水段四部分組成。兩條輸水管道的中心間距為48m，洞徑9m，斜井斜長390.2m。鋼筋混凝土岔管將主管分為二條支管，支管直徑5.5～3.1m，鋼襯長度107.6～141.9m。從上庫進出水口到機組中心線輸水管道的長度是872.85～884.57m。

2　輸水系統充水操作

輸水系統充排水是蓄能電站運行過程中的一個重要環節。充水過程中，隨著輸水系統充水水位的上升,水道襯砌、周圍圍巖承受內壓力也趨于上升，巖石結構應力也隨之變化，充水太快，則破壞巖石應力結構，易造成裂紋甚至裂縫；充水太慢則加長復役操作時間，加長檢修工期，影響電站、機組的恢復備用時間。故充水過程中亟需加強監測設備監視，全面把控充水速率，確保設備、電站安全。

2.1充水條件

（1）1、2號機球閥無水、低油壓開關球閥試驗完成；

（2）1、2號機無水、低油壓開關調速器試驗完成；

（3）上庫1號進出水口閘門系統具備充水條件；

（4）下庫1、2號尾閘系統具備充水條件；

（5）1號輸水系統所有檢修、試驗工作已結束，工作票已終結或關閉。

2.2充水前檢查

為確保輸水系統充水安全順利進行,在充水前,還需對輸水系統再次進行全面詳細檢查。輸水系統檢查主要包括以下內容：

（1）水道襯砌結構、外觀檢查，灌漿部位質量及灌漿孔封堵情況檢查；

（2）水道灌漿后有無滲水情況，通過廠房周圍間接觀測水道滲漏水情況；

（3）水道有無遺漏物件，雜物清理情況檢查；

（4）檢查1、2號機尾水閘門及上庫1號進出水口事故閘門充水閥操作是否靈活，檢查閘門關閉狀態下滲漏水情況，同時要求二次人員測試尾水閘門與機組調速器、球閥電氣閉鎖情況；

（5）完成蝸殼進人孔、尾水管進人孔密封情況檢查。

2.3輸水系統充水前狀態

本次1號輸水系統1、2號機尾水段、下平段及部分斜井段，通過1、2號機尾水閘門充水閥充水，待充水至與下庫水位一致時，關閉1、2號機球閥、導葉，開啟1、2號機尾水閘門；輸水系統上平段及部分斜井段直接由上庫進/出水口閘門充水閥進行充水。

（1）關閉1、2號機壓力鋼管、尾水管、蝸殼、球閥閥體排水閥；

（2）關閉1、2號機組導葉、蝸殼進人門、尾水管進人門；

（3）將1號機導葉全關、球閥關閉，球閥檢修密封、工作密封退出；

（4）將2號機球閥全開，2號機導葉開至空載開度。

2.4充水技術要求

為保證管道結構的安全穩定,引水系統首次充水必須嚴格控制水位上升的速度;每一階段充水后穩定一段時間,待監測系統確認安全后,方可進行下一階段的充水。上下庫進/出水口事故檢修閘門內輸水系統充水所需水量為6.9萬m3。表1為1號飲水系統充水參數。

2.5充水實施

1號輸水系統充水分為兩個階段。

2.5.1第一階段

（1）2014年12月3日

①08：30現地自動打開1、2號機尾閘充水閥，在充水過程中,水工檢測班分赴現場和水位檢測室監視監測水道內外側壓力差值變化，嚴格將水道內外壓力差值控制在換算水位值100m之內，進而嚴格控制水位上升在10m/h以下，14：00引水遂洞水位充到下庫水位（EL120），全開1、2號機尾閘。

②全關2號機導葉、投入導葉鎖錠，關閉2號機球閥，投入1、2號機球閥工作密封，做好1、2機球閥防動措施。

（2）2014年12月4日

09：00現地手動開1號上庫進出口閘門充水閥，通過沖水閥開度控制充水速率；21：00引水遂洞充至EL240m，標志著第一階段充水完成,暫停充水48 h。

第二階段：12月6日～10日

經過后續多次調整引水系統充水閥開度，將充水速度調整至5m/h左右。12月8日充水至與上庫水位平行，水位高程為386m高程，充水閥完全打開進入第二階段48 h穩壓過程。穩壓過后全開1號上庫進出口閘門，繼而恢復1、2號機球閥防動措施。

2.6充水注意要點

（1）操作之前，曾計劃將1、2機球閥、導葉均打開，用兩臺機尾閘充水閥充水，從這次充水過程來看，用一臺機充速度已夠快，用兩臺機尾閘充水閥充水，充下平段以及斜井段時更難控制。

（2）用上庫閘門充水閥開度調整充水速度相當難調，判斷充水大小主要依據上平段充排氣孔聲音確定充水閥開度，難以準確。針對這個問題，公司立即著手探索研究，實施增加充水閥開度機械指示技改項目，徹底解決所發現的問題。

（3）密切監測岔管部位的鋼筋應力、混凝土應力、滲壓計測定的外水壓力、測縫計測定的混凝土襯砌和圍巖間縫隙寬度、基巖變位計及多點變位計測得的圍巖變形、錨桿應力計測得的錨桿應力等。

（4）整個充水過程中密切監測山體地下水位,如發生異常應立即采取必要處理措施。

（5）現場加強蝸殼進人孔、尾水管進人孔的密封情況,如發現異常應立即停止充水，待問題解決后再繼續充水，若需排空，應立即進行輸水系統排水操作。

3　輸水系統排水操作

排水比起充水更是一項危險的工作,不但要保證輸水系統襯砌的安全,而且要控制排空日期，避免影響機組設備的檢修開工時間和安排。排水過程中,圍巖水壓對輸水水道襯砌形成一種外壓,若排水速率太快，則水道襯砌承受外水壓太大,將造成輸水系統襯砌破壞。因此，輸水系統放空速率要根據輸水系統結構、水頭、巖石結構、地質條件等多種因素確定。

3.1排水速率控制要求

根據華東勘探設計院《輸水系統充排水試驗設計要求》，并結合實際確定：EL240m高程以上每小時下降水位4 m，EL240 m高程以下每小時下降水位2～3m；引水隧洞內外水頭差不得大于100m。當排水設備流量調節不能滿足上述要求時（即水位下降速率過快），應采取間歇（臺階）式排水方法使其時間平均值滿足上述水位下降速率要求。

1號引水系統排水分段參數見表2：

3.2排水過程

1號輸水系統排水分為四個階段進行，采用打開2號機壓力鋼管排水閥、鋼管排水隔離閥排至2號機尾水管，繼而排至下水庫，通過調整2號機壓力鋼管排水閥開度去把握控制排水速率：

（1）第一、二階段采用自流排水至下庫，以3～4 m/h下降速率，水位高程從386m降至131m；

（2）第三個階段關閉2號機尾水閘門，開啟尾水管排水閥，采用自流排水與檢修排水泵排水結合方式排水，以3m/h下降速率，水位高程從131m降至59.45m；

（3）第四階段采用檢修泵抽排水，以3m/h下降速率，水位高程從59.45m降至40.8m。

3.3排水注意要點

排水過程中應嚴密監測水道的變化情況是否正常，做到實時監測各種埋入監測設備所測數值是否滿足技術要求：

（1）排水第三個階段處在斜管段，按照方案中控制速率3m/h，則1 h排水量在63.585×3=190.8m3，而1、2號檢修水泵單臺額定排水量在900m3/h，極易出現檢修泵直接排尾水管中水，從而在球閥至導葉段形成真空，給伸縮節密封、球閥等設備造成極大損壞，應采取間歇（臺階）式排水方法并打開蝸殼、轉輪室排氣閥。

（2）排水第三、四階段過程中，1、2號機尾水管排水形成真空，注意關小1、2主變空載冷卻水排水閥開度來保證其它主變冷卻水流量正常。

（3）現場操作人員或水工監測人員亟需嚴密注視外露段壓力鋼管狀態并監聽管內聲響是否正常，如發現異常應立即停止排水操作，待異常查明后再繼續進行。

4　輸水系統充排水的經驗總結

桐柏抽水蓄能電站輸水系統經過2008年充排水操作，加上此次操作，碰到不少問題，也積累不少經驗：

（1）了解輸水系統設計圖紙資料，掌握充排水方案。

輸水系統設計要求、監測數據限值的了解是充排水的基礎，充分掌握理解充水方案的技術要求更是基礎的重點，否則一旦碰到異常或意外，不能第一時間準確處理、詳細匯報，極可能發展為重大事故，造成人身、設備、電網損失。應充分做好基礎準備工作。

（2）嚴格做好現場滲漏水情況監視和水道內外壓力變化監測工作。

在充排水過程中,應嚴密監測水道內水位及圍巖地下水位的變化情況,監測各個滲漏水點漏水量變化及趨勢。例如,桐柏電站的設計要求是地下水位高出引水隧洞的水位不能超過100m,因此,當水道放空至下斜井部位時,需暫停一段時間,待地下水位降至要求水位時才繼續排水，充水過程反之。

（3）明確分工、落實責任、建立完善交接聯絡機制。

操作人員、水工監測分工明確，針對充排水持續時間較長，操作人員、水工監測人員輪換頻繁，中間人員輪換極易產生交接不清楚問題，應建立完善交接機制，交接時舉行專門會議，形成紙質工作記事及交接記錄，并落實個人責任制。

（4）控制合理沖排水速率。

嚴格按照充排水方案執行，宜慢不宜快，每個階段輸水管道應待充分穩壓后再繼續下步操作，切忌趕時間追工期。

5　結束語

桐柏蓄能電站輸水系統的充排水是一個復雜、難度較大、危險點源較多的工作，經過2005年、2008年、2014年三次輸水系統充排水操作，每次充排水前籌劃、充排水過程中監督、充排水后總結，積累起不少有益經驗，此次2014年的1號輸水系統充排水操作的淺析，對我國抽水蓄能電站充排水操作有著較大的指導意義。

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[3]俞定男.桐柏抽水蓄能電站輸水系統充排水試驗[J].中國科技信息，2014（08）.

[4]李浩良，孫華平.抽水蓄能電站運行與管理[M].杭州：浙江大學出版社，2013.

[5]林松斌.廣州抽水蓄能電站引水系統充排水實踐[J].珠江現代建設，1999（3）.

樊衛彬（1987-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電站設備運行工作。

TV672

B

1672-5387（2015）11-0069-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.11.023

2015-07-31