亭下水庫提升預泄能力改造措施研究

康仕仁

（寧波原水有限公司亭下水庫分公司,浙江 寧波 315501）

0 引言

確定合理的預泄水量和預泄方式是水庫系統控制調度的核心要義[1]。亭下水庫電站3#機組為一臺裝機功率0.32 MW的水輪發電機組,作為水庫生態流量機組,其具有運行時間長、發電效率低、維護成本高、故障率高、生態流量持續保證率低等缺點。

由于亭下水庫溢洪道高程以下缺少其他泄洪渠道,臺汛期、梅汛期調節水庫僅能通過水電站來達到預泄的目的,預泄能力稍顯不足。隨著公眾對水環境、水景觀的要求越來越高,水庫下游對生態流量的需求也日益提高。為補充調節水庫預泄能力,節省電站的維護成本,同時提高生態流量持續保證率,亭下水庫管理站擬拆除電站3#機組,將其改造為放水閥直接對下游渠道放水,以確保水庫安全,充分發揮水庫原有的綜合功能,更好地為區域社會經濟穩定發展服務。

1 工程概況

1.1 水庫構成

亭下水庫總庫容1.515 億m3,電站裝機容量2×2 MW+1×0.32 MW,多年平均發電量為1270 萬kW·h,攔河壩壩型為混凝土重力壩,最大壩高76.50 m。工程為Ⅱ等工程,水庫為大（2）型水庫,電站為（2）型電站。主要建筑物攔河壩、泄洪閘、放空洞、發電引水系統進水口為2 級建筑物,發電引水系統、發電廠及升壓站為3 級建筑物,施工臨時建筑物為5 級建筑物。

1.2 機組現狀

目前亭下水庫建筑物主要由攔河壩（含泄水及放空建筑物）、發電引水建筑物、發電廠房及升壓站等組成。發電引水系統設于14#壩段,進水口采用塔式面層取水結構,進口高程44.05 m,進口設4 扇鋼絲網混凝土分層放水閘門,每扇閘門寬4.00 m,高4.00 m。分層放水門后設有1 扇寬3.00 m,高4.00 m的平板檢修鋼閘門。平板檢修鋼閘門后為內徑3.5 m的發電引水管道,長52.60 m。壩外引水管采用鋼管外包鋼筋混凝土結構,通向發電廠。發電引水主管于發電廠前分出3 根支管,2 根DN1800 支管通向1#、2#機組,1 根DN800 支管通向3#機組。

電站廠區由發電廠主廠房、副廠房、升壓站、尾水渠、進廠公路等組成,電站形式為地面引水式,升壓站原為戶外式,加固改造時改造為戶內式。廠址處設計洪水位為37.13 m,校核洪水位為37.40 m,廠區地坪高程定為37.85 m。電站裝機總容量4.32 MW,廠房建筑面積425 m2,1#、2#水輪發電機組裝機容量均為2 MW,3#水輪發電機組裝機容量為0.32 MW。

3#水輪發電機位于發電廠左側的小發電機室內,發電機室長12.2 m,寬5.4 m,室內地面高程38.25 m,左側與升壓站相鄰,右側為主廠房,上游側為35 kV開關站,下游側為尾水渠通往泄洪渠。

2 機組改造設計方案

2.1 3#機組拆除

將原DN600 生態機組支管上的3#水輪發電機組拆除,包括水輪機、蝸殼、發電機、調速器等原機組附屬設備,保留原DN600 埋地段進水鋼管及DN600 進水閥,地面以上DN600進水鋼管僅保留至法蘭,供連接新鋼管所用。

2.2 3#機組放水管改造

2.2.1 放水管管徑比選

原3#機組拆除后,需要安裝放水鋼管接至泄洪渠排水。結合現場實際地形與亭下水庫的需求,放水鋼管管徑從DN600、DN800、DN1000、DN1200中選擇,綜合比較成果見表1。

表1 放水管管徑比較分析表

從表1 可以看出,DN1200 鋼管的放水流量最大但投資最大,DN600 鋼管的投資最小但放水流量最小,且出水流速過大；而DN1000 鋼管與DN1200 鋼管相比放水流量相差無幾,出水流速適中,投資明顯更小,性價比高,且放水流量達到不小于4 m3/s的預設值。從減少工程投資、運行安全穩定的角度考慮,放水管管徑選擇DN1000。

2.2.2 放水管改造布置

將原DN600 生態機組支管上的3#水輪發電機組拆除后,于原DN600 進水鋼管處法蘭連接DN600 鋼管彎頭接出廠房外墻,并于墻外安裝一部DN600 超聲波流量計,后通過漸變段連接DN1000 固定錐形閥與DN1000 放水鋼管,沿原3#機組尾水明渠接至暗渠,明渠內新建C25F50 混凝土支墩支撐鋼管。將原3#機組尾水暗渠起點處閘門拆除,DN1000 放水鋼管于該閘門處下彎至暗渠底,沿暗渠接至泄洪渠內排水口,設計排水流量4.0 m3/s,暗渠段鋼管設C25F50 外包混凝土,鋼管出口設置C25F50 砼支墩。

新建DN600 鋼管伸出廠房外墻4 m后設置一部DN600 超聲波流量計,將測量數據實時顯示于放水閥室（原3#發電機室）內的顯示屏上。DN1000 鋼管長約90 m,內徑1 m,采用Q345R鋼管,管壁厚度12 mm。另外,在新建DN600 超聲波流量計后設置一根DN200 旁通管,對尾水明渠放水,為管理區生態水池供水,旁通管長2 m,采用不銹鋼支架固定于DN600 鋼管一側,旁通管上設置一部DN200 手動閘閥。

2.3 焊縫檢驗

鋼管在現場生產車間內進行整體組裝和組焊,焊接成形后的各項尺寸應符合規范要求。

所有焊縫均應進行外觀檢查。鋼管所有焊縫、法蘭與鋼管組合焊縫及現場拼接環縫均按一類焊縫進行檢測,對所有T型縫、超聲波檢查有疑問的焊縫進行5%射線復驗。

2.4 鋼管防腐

（1）鋼管表面預處理前應將鐵銹、油污、積水、遺漏的焊渣和飛濺等附著物清除干凈。

（2）所有鋼管內壁和明管外壁經噴射或拋射除銹后,除銹等級應Sa2.5 級,表面粗糙度對常規防腐涂料應達到Rz40 μm ~70 μm ,對厚漿型重防腐涂料及金屬熱噴涂應達到Rz60 μm ~100 μm 。

（3）鋼管與混凝土接觸表面除銹等級應達到Sa1 級。

（4）鋼管除銹后,應用干燥的壓縮空氣吹凈,或用吸塵器清除灰塵,涂裝前若發現鋼板表面污染或反銹,應重新處理到原除銹等級。

（5）經除銹后的鋼材表面宜在4 h內涂裝,晴天和正常天氣條件下,最長不應大于12 h。

（6）當空氣中相對濕度大于85%,鋼板表面溫度低于大氣露點以上3℃或高于60℃以及環境溫度低于5℃時,均不得進行涂裝。

（7）涂料方案見表2。

表2 涂料方案

2.5 水力機械

2.5.1 調流閥選擇

由于原水輪機的進水管預埋在混凝土中,拆除的土建工作量大,因此仍然保持原有的DN600 鋼管作為進水管,當進水管伸出混凝土后,通過變徑管加大為DN1000 鋼管沿至排水口。壓力鋼管的主要目的是增大水庫預泄能力與補充生態流量,需要壓力鋼管的控制閥門具備調流調壓的功能。調流閥下游側接入原3#機組尾水渠,對泄洪渠排放。調流閥的運行情況見表3。

表3 調流閥前后壓力情況

2.5.2 調流閥工作方式

工程的流量調節閥主要作用是直接放水,但為了兼顧非洪水期間的日常生態流量,仍然需要具備調流調壓功能,通過超聲波流量計的信號反饋,控制調流閥開度大小,以保障日常生態流量的穩定及提高水電站的經濟效益。

2.5.3 調流閥輔助設備

為了滿足調流閥的正常工作需求,同時結合現場廠房尺寸限制和進水管已預埋在混凝土的實際情況,考慮在調流閥上游側安裝1臺DN600 超聲波流量計,壓力等級PN10。為了實現對調流閥及流量計的檢修,需要在流量計上游安裝1臺DN600 檢修蝶閥,由于原機組進水閥本次不拆除,因此可以不新增上游側的檢修閥。為了保證調流閥安裝的便利性,調流閥需要配置DN1000 鋼制傳力伸縮節。為了滿足管理區景觀水池與下游鄉村的供水要求,在調流閥上游側設置一根DN200的旁通管,對下游放水。在岔管上設置一臺DN200,PN10的閘閥。

3 結語

亭下水庫電站3#機拆除改造為放水閥工程的主要任務是補充調節水庫預泄能力,節省電站的維護成本,同時提高水資源利用率和生態流量持續保證率。工程實施后,其效益主要體現在保障亭下水庫發揮其防洪、灌溉、供水、發電等功能,同時兼顧改善水環境,效益顯著。本工程的實施可以確保水庫能發揮其應有的功能且提高下游河道的生態環境。