桐柏蓄能電站輸水系統(tǒng)充排水淺析

樊衛(wèi)彬，李廣亮

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺 317200）

桐柏蓄能電站輸水系統(tǒng)充排水淺析

樊衛(wèi)彬，李廣亮

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺 317200）

桐柏抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)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(huán)節(jié),為確保充排水過程安全及引水壓力鋼管應(yīng)力釋放和位移觀測,將整個輸水系統(tǒng)充排水過程分階段完成，本文通過對2014年l號輸水系統(tǒng)充排水的介紹,淺析桐柏輸水系統(tǒng)充排水情況,以供國內(nèi)同類電站參考。

輸水系統(tǒng)；充排水；總結(jié)

1　概述

桐柏蓄能電站位于浙江省天臺縣境內(nèi)，距天臺縣城7 km，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，主廠房和主變洞均設(shè)在地下。電站裝機(jī)容量120萬kW，內(nèi)設(shè)4臺單機(jī)容量為30萬kW的立軸單機(jī)混流可逆式水泵水輪機(jī)/發(fā)電電動機(jī)組。

輸水系統(tǒng)位于上下水庫之間的山體內(nèi)，采用一洞二機(jī)、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(jìn)出水口到機(jī)組中心線輸水管道的長度是872.85～884.57m。

2　輸水系統(tǒng)充水操作

輸水系統(tǒng)充排水是蓄能電站運行過程中的一個重要環(huán)節(jié)。充水過程中，隨著輸水系統(tǒng)充水水位的上升,水道襯砌、周圍圍巖承受內(nèi)壓力也趨于上升，巖石結(jié)構(gòu)應(yīng)力也隨之變化，充水太快，則破壞巖石應(yīng)力結(jié)構(gòu)，易造成裂紋甚至裂縫；充水太慢則加長復(fù)役操作時間，加長檢修工期，影響電站、機(jī)組的恢復(fù)備用時間。故充水過程中亟需加強(qiáng)監(jiān)測設(shè)備監(jiān)視，全面把控充水速率，確保設(shè)備、電站安全。

2.1充水條件

（1）1、2號機(jī)球閥無水、低油壓開關(guān)球閥試驗完成；

（2）1、2號機(jī)無水、低油壓開關(guān)調(diào)速器試驗完成；

（3）上庫1號進(jìn)出水口閘門系統(tǒng)具備充水條件；

（4）下庫1、2號尾閘系統(tǒng)具備充水條件；

（5）1號輸水系統(tǒng)所有檢修、試驗工作已結(jié)束，工作票已終結(jié)或關(guān)閉。

2.2充水前檢查

為確保輸水系統(tǒng)充水安全順利進(jìn)行,在充水前,還需對輸水系統(tǒng)再次進(jìn)行全面詳細(xì)檢查。輸水系統(tǒng)檢查主要包括以下內(nèi)容：

（1）水道襯砌結(jié)構(gòu)、外觀檢查，灌漿部位質(zhì)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(jī)尾水閘門及上庫1號進(jìn)出水口事故閘門充水閥操作是否靈活，檢查閘門關(guān)閉狀態(tài)下滲漏水情況，同時要求二次人員測試尾水閘門與機(jī)組調(diào)速器、球閥電氣閉鎖情況；

（5）完成蝸殼進(jìn)人孔、尾水管進(jìn)人孔密封情況檢查。

2.3輸水系統(tǒng)充水前狀態(tài)

本次1號輸水系統(tǒng)1、2號機(jī)尾水段、下平段及部分斜井段，通過1、2號機(jī)尾水閘門充水閥充水，待充水至與下庫水位一致時，關(guān)閉1、2號機(jī)球閥、導(dǎo)葉，開啟1、2號機(jī)尾水閘門；輸水系統(tǒng)上平段及部分斜井段直接由上庫進(jìn)/出水口閘門充水閥進(jìn)行充水。

（1）關(guān)閉1、2號機(jī)壓力鋼管、尾水管、蝸殼、球閥閥體排水閥；

（2）關(guān)閉1、2號機(jī)組導(dǎo)葉、蝸殼進(jìn)人門、尾水管進(jìn)人門；

（3）將1號機(jī)導(dǎo)葉全關(guān)、球閥關(guān)閉，球閥檢修密封、工作密封退出；

（4）將2號機(jī)球閥全開，2號機(jī)導(dǎo)葉開至空載開度。

2.4充水技術(shù)要求

為保證管道結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定,引水系統(tǒng)首次充水必須嚴(yán)格控制水位上升的速度;每一階段充水后穩(wěn)定一段時間,待監(jiān)測系統(tǒng)確認(rèn)安全后,方可進(jìn)行下一階段的充水。上下庫進(jìn)/出水口事故檢修閘門內(nèi)輸水系統(tǒng)充水所需水量為6.9萬m3。表1為1號飲水系統(tǒng)充水參數(shù)。

2.5充水實施

1號輸水系統(tǒng)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(xiàn)地自動打開1、2號機(jī)尾閘充水閥，在充水過程中,水工檢測班分赴現(xiàn)場和水位檢測室監(jiān)視監(jiān)測水道內(nèi)外側(cè)壓力差值變化，嚴(yán)格將水道內(nèi)外壓力差值控制在換算水位值100m之內(nèi)，進(jìn)而嚴(yán)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(jī)尾閘。

②全關(guān)2號機(jī)導(dǎo)葉、投入導(dǎo)葉鎖錠，關(guān)閉2號機(jī)球閥，投入1、2號機(jī)球閥工作密封，做好1、2機(jī)球閥防動措施。

（2）2014年12月4日

09：00現(xiàn)地手動開1號上庫進(jìn)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(biāo)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(jīng)過后續(xù)多次調(diào)整引水系統(tǒng)充水閥開度，將充水速度調(diào)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(jìn)入第二階段48 h穩(wěn)壓過程。穩(wěn)壓過后全開1號上庫進(jìn)出口閘門，繼而恢復(fù)1、2號機(jī)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(jī)球閥、導(dǎo)葉均打開，用兩臺機(jī)尾閘充水閥充水，從這次充水過程來看，用一臺機(jī)充速度已夠快，用兩臺機(jī)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(diào)整充水速度相當(dāng)難調(diào)，判斷充水大小主要依據(jù)上平段充排氣孔聲音確定充水閥開度，難以準(zhǔn)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(jī)械指示技改項目，徹底解決所發(fā)現(xiàn)的問題。

（3）密切監(jiān)測岔管部位的鋼筋應(yīng)力、混凝土應(yīng)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(yīng)力計測得的錨桿應(yīng)力等。

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

（5）現(xiàn)場加強(qiáng)蝸殼進(jìn)人孔、尾水管進(jìn)人孔的密封情況,如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停止充水，待問題解決后再繼續(xù)充水，若需排空，應(yīng)立即進(jìn)行輸水系統(tǒng)排水操作。

3　輸水系統(tǒng)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(tǒng)襯砌的安全,而且要控制排空日期，避免影響機(jī)組設(shè)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(tǒng)襯砌破壞。因此，輸水系統(tǒng)放空速率要根據(jù)輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、水頭、巖石結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件等多種因素確定。

3.1排水速率控制要求

根據(jù)華東勘探設(shè)計院《輸水系統(tǒng)充排水試驗設(shè)計要求》，并結(jié)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(nèi)外水頭差不得大于100m。當(dāng)排水設(shè)備流量調(diào)節(jié)不能滿足上述要求時（即水位下降速率過快），應(yīng)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(tǒng)排水分段參數(shù)見表2：

3.2排水過程

1號輸水系統(tǒng)排水分為四個階段進(jìn)行，采用打開2號機(jī)壓力鋼管排水閥、鋼管排水隔離閥排至2號機(jī)尾水管，繼而排至下水庫，通過調(diào)整2號機(jī)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(guān)閉2號機(jī)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(jié)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(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測水道的變化情況是否正常，做到實時監(jiān)測各種埋入監(jiān)測設(shè)備所測數(shù)值是否滿足技術(shù)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(xiàn)檢修泵直接排尾水管中水，從而在球閥至導(dǎo)葉段形成真空，給伸縮節(jié)密封、球閥等設(shè)備造成極大損壞，應(yīng)采取間歇（臺階）式排水方法并打開蝸殼、轉(zhuǎn)輪室排氣閥。

（2）排水第三、四階段過程中，1、2號機(jī)尾水管排水形成真空，注意關(guān)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(xiàn)場操作人員或水工監(jiān)測人員亟需嚴(yán)密注視外露段壓力鋼管狀態(tài)并監(jiān)聽管內(nèi)聲響是否正常，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停止排水操作，待異常查明后再繼續(xù)進(jìn)行。

4　輸水系統(tǒng)充排水的經(jīng)驗總結(jié)

桐柏抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)經(jīng)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(jīng)驗：

（1）了解輸水系統(tǒng)設(shè)計圖紙資料，掌握充排水方案。

輸水系統(tǒng)設(shè)計要求、監(jiān)測數(shù)據(jù)限值的了解是充排水的基礎(chǔ)，充分掌握理解充水方案的技術(shù)要求更是基礎(chǔ)的重點，否則一旦碰到異?；蛞馔猓荒艿谝粫r間準(zhǔn)確處理、詳細(xì)匯報，極可能發(fā)展為重大事故，造成人身、設(shè)備、電網(wǎng)損失。應(yīng)充分做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。

（2）嚴(yán)格做好現(xiàn)場滲漏水情況監(jiān)視和水道內(nèi)外壓力變化監(jiān)測工作。

在充排水過程中,應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測水道內(nèi)水位及圍巖地下水位的變化情況,監(jiān)測各個滲漏水點漏水量變化及趨勢。例如,桐柏電站的設(shè)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(dāng)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(xù)排水，充水過程反之。

（3）明確分工、落實責(zé)任、建立完善交接聯(lián)絡(luò)機(jī)制。

操作人員、水工監(jiān)測分工明確，針對充排水持續(xù)時間較長，操作人員、水工監(jiān)測人員輪換頻繁，中間人員輪換極易產(chǎn)生交接不清楚問題，應(yīng)建立完善交接機(jī)制，交接時舉行專門會議，形成紙質(zhì)工作記事及交接記錄，并落實個人責(zé)任制。

（4）控制合理沖排水速率。

嚴(yán)格按照充排水方案執(zhí)行，宜慢不宜快，每個階段輸水管道應(yīng)待充分穩(wěn)壓后再繼續(xù)下步操作，切忌趕時間追工期。

5　結(jié)束語

桐柏蓄能電站輸水系統(tǒng)的充排水是一個復(fù)雜、難度較大、危險點源較多的工作，經(jīng)過2005年、2008年、2014年三次輸水系統(tǒng)充排水操作，每次充排水前籌劃、充排水過程中監(jiān)督、充排水后總結(jié)，積累起不少有益經(jīng)驗，此次2014年的1號輸水系統(tǒng)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(dǎo)意義。

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

樊衛(wèi)彬（1987-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電站設(shè)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