抽水蓄能電站排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

謝永蘭

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

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抽水蓄能電站排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

謝永蘭

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

抽水蓄能機(jī)組較常規(guī)機(jī)組埋深大，所以其排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須安全可靠，文章從檢修排水和滲漏排水兩大系統(tǒng)考慮，對(duì)抽水蓄能電站的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)作簡(jiǎn)要論述。

抽水蓄能電站;檢修排水;滲漏排水；排水系統(tǒng)

0 前 言

為了適應(yīng)中國(guó)新能源開(kāi)發(fā)需要，近年來(lái)越來(lái)越多的抽水蓄能電站投入建設(shè)。一般而言抽水蓄能機(jī)組較常規(guī)機(jī)組埋深大，且隨著人們對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的重視程度增加，抽蓄機(jī)組埋深有日趨增加的態(tài)勢(shì)；為確保電站安全，防止發(fā)生水淹廠房等重大安全事故，排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須合理、安全。

1 排水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

抽蓄電站的排水系統(tǒng)，一般可分為檢修排水系統(tǒng)和滲漏排水系統(tǒng)；對(duì)于大型水電廠兩系統(tǒng)應(yīng)分開(kāi)設(shè)置[1]。

1.1 檢修排水系統(tǒng)

檢修排水系統(tǒng)是當(dāng)水輪機(jī)或引水系統(tǒng)檢修時(shí)，排除引水壓力鋼管、蝸殼、尾水管、尾水隧洞內(nèi)積水；由于抽蓄電站一般尾水隧洞較長(zhǎng)，尾水隧洞的排水系統(tǒng)可考慮臨時(shí)設(shè)施或與機(jī)組檢修排水系統(tǒng)一并考慮。本文中的檢修排水系統(tǒng)主要用于機(jī)組檢修時(shí)排除機(jī)組進(jìn)水球閥和尾水閘門(mén)之間流道內(nèi)的積水，以及檢修期間閘門(mén)的漏水。

檢修排水可采用直接排水或間接排水方式，如采用直接排水方式，排水泵房位置需設(shè)置在較低高程，泵房的排水、水泵的防潮等都需特別考慮；如采用間接排水方式，因抽蓄電站尾水位較高，排水系統(tǒng)的密封性難以保證，特別是很多抽蓄電站尾水位較抽蓄廠房頂還要高，集水井通氣管如何設(shè)置是個(gè)難題，集水井和排水廊道的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮尾水反壓?jiǎn)栴}。

根據(jù)NB/T 35035—2014 《水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》 4.2.7 第1條規(guī)定[2]：“對(duì)于地下廠房或尾水位較高的水電廠宜采用直接排水方式”。對(duì)于抽蓄電站而言，一般都屬尾水位較高的地下廠房，故推薦采用直接排水方式，如果廠房地形條件不允許，也可采用間接排水方式。

1.2 滲漏排水系統(tǒng)

廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)主要是排出地下廠房圍巖滲水、機(jī)組頂蓋及主軸密封漏水、技術(shù)供水系統(tǒng)中自流供水用戶(hù)的冷卻排水，如：SFC起動(dòng)裝置冷卻排水、中壓空壓機(jī)冷卻排水等以及廠內(nèi)設(shè)備檢修沖洗、鋼管伸縮節(jié)滲漏和各部分供排水的閥門(mén)、管件滲漏排水等。

2 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 排水系統(tǒng)路徑選擇

排水系統(tǒng)排水管出口可選路徑如下：① 下游調(diào)壓井;② 不檢修機(jī)組的尾水管/尾水隧洞；③ 地下洞室的排水廊道(一般為頂層排水廊道，然后自流至廠外)；④ 下游水庫(kù)；⑤ 有條件時(shí)，還可考慮自流排水方式。

有的抽蓄電站如廣州二期抽水蓄能電站[3]、惠州抽水蓄能電站[4]、天荒坪抽水蓄能電站、陜西鎮(zhèn)安抽蓄電站[5]，由于地形條件許可，在尾水管底部設(shè)有自流排水洞，機(jī)組過(guò)流部分、壓力鋼管、引水隧洞和尾水隧洞需要檢修時(shí)，通過(guò)安裝在機(jī)組尾水管上的機(jī)組檢修排水閥和排水管將水排至主廠房自流排水洞，再排至河道。此種排水方式安全、可靠且節(jié)能，根據(jù)DL/T520—2005《抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》9.7.5條規(guī)定：“集水井和排水廊道的水可用水泵排到下游調(diào)壓井、下游水庫(kù)或其它地方，有條件時(shí)，宜采用自流排水方式”。

自流排水洞不僅節(jié)約了水泵及泵站的相關(guān)費(fèi)用，而且節(jié)省了廠用電及維修費(fèi)用，只要自流排水洞排水通暢，電站運(yùn)行安全可靠度將大大提高。當(dāng)然，此種方式如果需設(shè)置的自流排水洞長(zhǎng)度太長(zhǎng)，還需與強(qiáng)排方式進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較；但是一般而言，如地質(zhì)地形條件許可、自流洞長(zhǎng)度合適還是推薦自流排水方式；如：天荒坪抽水蓄能電站所設(shè)的自流排水隧洞長(zhǎng)達(dá)1 680 m[6],惠州、清遠(yuǎn)抽水蓄能電站自流排水洞長(zhǎng)分別為4 406 m和4 790 m[7]；運(yùn)行期間，電站地下洞室群滲水、生活及機(jī)組檢修油污水經(jīng)處理后，分別用鋼管或直接自流排入自流排水洞，然后自流排向下庫(kù)。以上電站的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也驗(yàn)證了該方式運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、節(jié)能且可靠。

但是，大多數(shù)抽蓄電站由于地質(zhì)地形條件所限，無(wú)設(shè)置自流排水洞的條件，就必須采用水泵強(qiáng)迫排水方式；不管采用直接排水或間接排水方式，排水路徑均需進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，對(duì)方案①～④可選路徑從以下幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比。

(1) 排水水量回收

除方案③無(wú)法回收外，其余方案均能回收排水水量，可保證上、下水庫(kù)水量平衡。

(2) 尾水隧洞檢修

方案③、④可不另行考慮尾水隧洞檢修問(wèn)題，其余方案均需另行考慮。

(3) 檢修集水井通氣(如采用間接排水方式)

方案①中揚(yáng)水管出口高程一般高于設(shè)計(jì)洪水尾水位，集水井通氣管可隨排水管引至調(diào)壓井；方案②、④只能在檢修排水泵房中設(shè)置排氣閥，雖然這種排氣方式在供水管網(wǎng)上應(yīng)用較多，但在大埋深的地下廠房集水井排氣中尚未成功運(yùn)用的先例，可能對(duì)電站的安全運(yùn)行存在一定風(fēng)險(xiǎn)；方案③集水井通氣管可隨排水管引至頂部排水廊道。

(4) 水泵揚(yáng)程

方案①、②、④中水泵揚(yáng)程均受下庫(kù)水位變化影響，且變幅較大；不利于水泵穩(wěn)定運(yùn)行；方案③中水泵揚(yáng)程不受下庫(kù)水位變化影響，且變幅較小，水泵基本都運(yùn)行在額定工況附近，水泵效率和運(yùn)行穩(wěn)定性均較優(yōu)。

(5) 管路布置

方案④管線較長(zhǎng)，但管路布置較為簡(jiǎn)單；方案①、③管線略短，但管路布置最復(fù)雜；方案②管線最短，管路布置最簡(jiǎn)單。

湖北白蓮河抽蓄電站(無(wú)尾調(diào))檢修排水系統(tǒng)采用間接排水方式[8]，在施工設(shè)計(jì)階段，排水路徑有兩方案可選，即方案③和方案④；在綜合考慮上述方面及土建施工難度和工程量等因素后，選擇了方案③為最終方案，投運(yùn)后運(yùn)行狀況良好。

2.2 排水系統(tǒng)設(shè)備選擇

2.2.1 檢修排水系統(tǒng)設(shè)備選擇

本節(jié)內(nèi)容主要針對(duì)的是強(qiáng)排系統(tǒng)的水泵而言。檢修排水系統(tǒng)中[9-10]，如采用直接排水方式，一般選用臥式離心泵；如采用間接排水方式，一般采用深井泵。考慮到排完流道內(nèi)積水后還需排除閘門(mén)漏水且漏水量不大，宜選用2臺(tái)小泵專(zhuān)門(mén)用于排除閘門(mén)漏水。

(1) 水泵生產(chǎn)率計(jì)算

水泵生產(chǎn)率按所有水泵投入運(yùn)行后4～6 h(如水道較長(zhǎng)，排水時(shí)間也可放長(zhǎng)至8～12 h)內(nèi)排除流道內(nèi)積水進(jìn)行計(jì)算，排水泵的臺(tái)數(shù)不宜少于2臺(tái)，不設(shè)備用泵。

2臺(tái)小泵的生產(chǎn)率按大于閘門(mén)漏水量進(jìn)行選取，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。

(2) 水泵揚(yáng)程計(jì)算

方案①、②、④水泵揚(yáng)程按設(shè)計(jì)洪水位下機(jī)組檢修考慮，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行水力計(jì)算后最終確定。

方案③水泵揚(yáng)程按揚(yáng)水管排出高程、水力計(jì)算后確定。

2.2.2 滲漏排水系統(tǒng)設(shè)備選擇

本節(jié)內(nèi)容主要針對(duì)的是強(qiáng)排系統(tǒng)的水泵而言。

滲漏排水系統(tǒng)水泵一般選用深井泵。

(1) 水泵生產(chǎn)率計(jì)算

水泵生產(chǎn)率按集水井有效容積、滲漏水量和排水時(shí)間確定，集水井容積宜按30～60 min廠內(nèi)總滲漏水量確定，有條件時(shí)宜適當(dāng)加大，排水時(shí)間按20～30 min考慮。

工作泵的臺(tái)數(shù)應(yīng)按排水量確定，需設(shè)備用泵，備用泵的總排水量不宜少于工作泵總排水量的50%；當(dāng)只設(shè)1 d工作泵時(shí)宜設(shè)置2臺(tái)備用泵，備用泵的流量、揚(yáng)程宜與工作泵相同。對(duì)于地下廠房而言，排水泵的設(shè)置應(yīng)適當(dāng)考慮裕量。

(2) 水泵揚(yáng)程計(jì)算

方案①、②、④水泵揚(yáng)程按最高尾水位與集水井最低水位之差加上管道水力損失確定；方案③水泵揚(yáng)程按揚(yáng)水管排出高程與集水井最低水位之差加上管道水力損失確定。

2.2.3 油水分離系統(tǒng)

由于在運(yùn)行過(guò)程中透平油系統(tǒng)可能會(huì)有漏油，并進(jìn)入滲漏排水系統(tǒng)；為了保證河水水質(zhì)不受污染，須對(duì)含油污水進(jìn)行油水分離。 一般會(huì)設(shè)置1個(gè)油水分離集水井和清水集水井；然后通過(guò)油水分離裝置進(jìn)行分離。分離裝置的容量如何選擇，目前尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此有明確的規(guī)定。各項(xiàng)目設(shè)計(jì)差異性較大，但是基本原則就是須保證排入河道內(nèi)的水質(zhì)安全。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 如地形條件許可、自流排水長(zhǎng)度經(jīng)濟(jì)合理，抽蓄電站排水系統(tǒng)宜采用自流排水方式。

(2) 檢修排水宜采用直接排水方式，對(duì)應(yīng)水泵宜采用臥式離心泵；滲漏排水系統(tǒng)水泵宜采用深井水泵。

(3) 如無(wú)自流排水的條件，排水路線需綜合考慮；如無(wú)水量回收要求，推薦采用排至頂層排水廊道后自流排至廠外方式；如有水量回收要求且有尾水調(diào)壓室，可排至尾水調(diào)壓室尾水閘門(mén)后。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則：DL/T5208-2005[S].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2] 國(guó)家能源局.水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定：NB/T 35035-2014[S].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[3] 陳東，何文才.廣蓄二期工程水力機(jī)械輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].廣東水利水電，2001(11):64-66.

[4] 吳新平.惠州抽水蓄能電站機(jī)組輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].廣東水利水電，2008(07)：59-62.

[5] 劉慧鳳.陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能電站工程可行性研究報(bào)告(機(jī)電部分)[R].西安:西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，2013.

[6] 劉郁子,譚建梅.天荒坪抽水蓄能電站地下洞室群排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電，2001(06)：39-40.

[7] 中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.抽水蓄能電站工程技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008：325.

[8] 伍志軍，吳濱.白蓮河抽水蓄能電站排水系統(tǒng)研究[J].水力發(fā)電，2010(07)：53-54,62.

[9] 水電站機(jī)電手冊(cè)編寫(xiě)組，水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京：水利電力出版社，1983：509.

[10] 范華秀.水力機(jī)組輔助設(shè)備[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1987：80.

Analysis on Design of Dewatering/Drainage System of Pumped Storage Power Plant

XIE Yonglan

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065,China)

The design of dewatering/drainage system of pumped storage power plant shall be safe and reliable as the unit of the pumped storage power plant is with the greater cover compared with that of the conventional unit. The design of the dewatering/drainage system of the pumped storage power plant is briefly demonstrated in consideration of both dewatering and drainage systems in this paper.Key words: pumped storage power plant; dewatering; drainage; dewatering/drainage system

1006—2610(2016)05—0073—03

2016-06-12

謝永蘭(1978- )，女，湖北省京山縣人,高級(jí)工程師，主要從事水電站設(shè)計(jì)工作.

TV743

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10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.018