深圳抽水蓄能電站檢修滲漏排水泵選型探討

趙 潔

(廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635)

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深圳抽水蓄能電站檢修滲漏排水泵選型探討

趙 潔

(廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635)

結(jié)合深圳抽水蓄能電站檢修排水系統(tǒng)和滲漏排水系統(tǒng)的水泵參數(shù)選擇實(shí)際，對電站排水泵參數(shù)選擇進(jìn)行了探討。根據(jù)電站管路及隧洞布置條件、廠房滲漏排水量，計(jì)算出了深圳抽水蓄能電站檢修排水泵和滲漏排水泵的參數(shù)，確定了排水泵的泵型，并對電站的檢修及滲漏排水系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。

深圳抽水蓄能電站；檢修；滲漏；排水泵

1 系統(tǒng)任務(wù)

地下廠房內(nèi)排水系統(tǒng)分清潔水收集排放系統(tǒng)及污水收集排放系統(tǒng)。深蓄檢修滲漏排水是針對清潔水的收集排放系統(tǒng)，清潔水主要包括水道檢修排水以及主要洞室的圍巖滲水、主變空載水等滲漏排水。

檢修排水系統(tǒng)的任務(wù)是在機(jī)組檢修、引水隧洞檢修和尾水隧洞檢修時(shí)排除輸水流道內(nèi)的水。機(jī)組檢修排水包括球閥與尾閘之間的水體及尾閘漏水；引水隧洞檢修排水包括上庫進(jìn)出水口閘門與尾閘之間的殘留水和閘門漏水；尾水隧洞檢修排水包括球閥與下庫進(jìn)出水口閘門之間的殘留水和閘門漏水。

滲漏排水系統(tǒng)的任務(wù)是排除地下廠房各洞室群圍巖滲漏水、主軸密封排水、主變空載排水、SFC排水、壓氣機(jī)排水、冷水機(jī)組排水、濾水器排污以及廠內(nèi)消防和生活用水等。

2 排水方式

地下廠房的滲漏排水與檢修排水應(yīng)嚴(yán)格分開，兩系統(tǒng)都必須安全可靠，確保廠房安全[1]。

根據(jù)深圳抽水蓄能電站的地形和建筑物布置情況，不具備修建自流排水洞的條件，故檢修及滲漏排水均采取水泵排水方式，通過副廠房側(cè)的豎井將地下廠房排水抽排到地質(zhì)探洞，利用探洞自排到洞口的響水河，最后匯入下庫。

檢修排水采用直接排水，直接排水就是水泵直接由尾水管內(nèi)抽水排至下游[2]，2臺(tái)或4臺(tái)水泵同時(shí)工作，手動(dòng)操作。當(dāng)機(jī)組檢修時(shí)，關(guān)閉機(jī)組的進(jìn)水球閥及尾水閘門，啟動(dòng)水泵進(jìn)行排水；當(dāng)引水隧洞放空時(shí)，首先關(guān)閉上庫進(jìn)出水口閘門和4臺(tái)機(jī)組球閥，通過壓力鋼管排水管的針形閥消能，將引水管道中的水排至與下游水位相等的程度，然后關(guān)閉機(jī)組尾水閘門，啟動(dòng)水泵進(jìn)行排水。為防止水位下降過快，損壞水道，必須滿足隧洞水位下降速度不大于4 m/h的要求，排水時(shí)需根據(jù)水體高程通過調(diào)節(jié)進(jìn)水閥前的針形閥來調(diào)節(jié)流量，以控制水位下降速度；當(dāng)尾水隧洞放空時(shí)，首先關(guān)閉4臺(tái)機(jī)組球閥和下庫進(jìn)出水口閘門，啟動(dòng)水泵進(jìn)行排水，同時(shí)也必須滿足隧洞水位下降速度不大于4 m/h的要求。

滲漏排水泵的開機(jī)和停止，由安裝于集水井的水位開關(guān)，根據(jù)集水井內(nèi)水位變化自動(dòng)控制。同時(shí)，為增大排水能力，防止水淹廠房，除滲漏集水井中的滲漏水泵外，檢修排水泵亦作為廠房事故排水的備用泵，為此檢修排水泵在排水廊道設(shè)兩個(gè)吸水口，并在相關(guān)的位置設(shè)置監(jiān)視和事故報(bào)警設(shè)備。

檢修排水系統(tǒng)圖和滲漏排水系統(tǒng)分別見圖1、圖2。

3 排水泵選型計(jì)算

排水泵包括檢修排水泵和滲漏排水泵，水泵選型計(jì)算是指對水泵流量和揚(yáng)程的計(jì)算，繼而確定排水泵的型式規(guī)格以及運(yùn)行參數(shù)。在計(jì)算水泵流量和揚(yáng)程時(shí)，主要是對水泵額定運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)算，確定排水泵的額定運(yùn)行參數(shù)。下面結(jié)合深圳抽水蓄能電站工程的排水泵參數(shù)計(jì)算討論其具體的計(jì)算過程。

圖1 檢修排水系統(tǒng)示意

圖2 滲漏排水系統(tǒng)示意

3.1檢修排水泵參數(shù)計(jì)算

3.1.1檢修排水量計(jì)算

機(jī)組檢修時(shí)，檢修排水量為進(jìn)水球閥與尾水閘門之間的水體，以及檢修期間閘門、球閥的漏水量，經(jīng)估算約為1 693 m3；引水隧洞檢查、檢修時(shí)，檢修排水量為等上游水位自流至與下庫水位平齊后，引水隧洞上庫進(jìn)出水口閘門到尾水閘門的水體，以及檢修期間閘門的漏水量，經(jīng)估算約為2.92×104m3；尾水隧洞檢查、檢修時(shí)，檢修排水量為下庫進(jìn)出水口閘門到球閥的水體，以及檢修期間閘門、球閥的漏水量，經(jīng)估算約為8.28×104m3。

3.1.2檢修排水泵生產(chǎn)率計(jì)算

水泵生產(chǎn)率可按下式計(jì)算[2]：

(1)

式中 Q為水泵必需的總生產(chǎn)率，m3/h；V為蝸殼、尾水管及壓力管道積水容積之和，m3；T為檢修排水時(shí)間，h；∑q為球閥、閘門漏水流量，m3/h。

3.1.2.1機(jī)組檢修排水泵生產(chǎn)率計(jì)算

單臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)，從球閥至尾水閘門排水體積V≈1 693m3。

取閘門的漏水量為1L/s·m，球閥漏水量0.4L/min。

尾水事故閘門尺寸為3 600mm×4 500mm。

故q進(jìn)=0.4L/min=0.024m3/h

q尾=2×(3.6+4.5)×1=16.2L/s=58.32m3/h

取機(jī)組檢修排水時(shí)間為2.5h，到機(jī)組檢修時(shí)排水泵生產(chǎn)率為

故選用2臺(tái)單泵流量為400 m3/h的排水泵，同時(shí)工作。

3.1.2.2尾水隧洞檢修排水泵生產(chǎn)率計(jì)算

尾水隧洞檢修時(shí)，放空尾水隧洞及1臺(tái)機(jī)組的水體，V≈8.28×104m3。

取閘門的漏水量1 L/s·m，球閥漏水量0.4 L/min。

尾水事故閘門尺寸為3 600 mm×4 500 mm，下庫進(jìn)出水口閘門尺寸為9 500 mm×9 500 mm。

故q尾=2×(3.6+4.5) ×1=16.2 L/s=58.32 m3/h

q下=2×(9.5+9.5) ×1=38 L/s=136.8 m3/h

q進(jìn)=0.4 L/min=0.024 m3/h

取尾水隧洞檢修排水時(shí)間為2～3 d，得到尾水隧洞檢修時(shí)排水泵生產(chǎn)率為

為了兼顧機(jī)組檢修排水，廠房選用4臺(tái)單泵流量為400 m3/h的排水泵，同時(shí)工作。

3.1.2.3引水隧洞檢修排水泵生產(chǎn)率計(jì)算

引水隧洞檢修時(shí)，放空引水隧洞及1臺(tái)機(jī)組的水體，V≈2.92×104m3。

取閘門的漏水量1 L/s·m，球閥漏水量0.4 L/min。

尾水事故閘門尺寸為3 600 mm×4 500 mm，上庫進(jìn)出水口閘門尺寸為9 500 mm×9 500 mm。

故q尾=2×(3.6+4.5) ×1=16.2 L/s=58.32 m3/h

q上=2×(9.5+9.5) ×1=38 L/s=136.8 m3/h

q進(jìn)=0.4 L/min=0.024 m3/h

取引水隧洞檢修排水時(shí)間為1～2 d，得到引水隧洞檢修時(shí)排水泵生產(chǎn)率為：

故引水隧洞檢修時(shí)，4臺(tái)排水泵同時(shí)運(yùn)行。

3.1.3檢修排水泵揚(yáng)程計(jì)算

檢修排水泵的揚(yáng)程應(yīng)按水泵的吸水底閥的標(biāo)高與地質(zhì)探洞的最高水位之差，并考慮克服管路阻力所引起的水頭損失來確定。在本工程中，地質(zhì)探洞最高水位為94.44 m，排水泵吸水口高程為-16 m，故檢修排水泵揚(yáng)程H=94.44-(-16)+hW，其中，hW為管路水力損失。經(jīng)過對檢修排水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算，得到額定工況下(2臺(tái)排水泵同時(shí)運(yùn)行，且單泵流量Q=400 m3/h)，水泵水力損失約為9 m，故得到排水泵揚(yáng)程H≈120 m。

3.1.4檢修排水泵型號及運(yùn)行參數(shù)

檢修排水泵采用離心泵，其結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，并且布置在管道廊道層，安裝位置很低，不用設(shè)置充水設(shè)施[3]。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，本工程檢修排水泵選用四臺(tái)立式離心泵，型號為ASCV 100-150-310，額定工況運(yùn)行參數(shù)為Q=400 m3/h，H=120 m，配套電機(jī)功率為N=200 kW/臺(tái)。

3.2滲漏排水泵參數(shù)計(jì)算

3.2.1滲漏排水量及集水井容積計(jì)算

滲漏排水主要來自圍巖的滲漏水、附近水道的滲漏水和機(jī)組管路的漏水、設(shè)備的冷卻水排水等。根據(jù)本工程地下洞室圍巖水文地質(zhì)情況及機(jī)組布置情況，經(jīng)估算，廠房最大滲漏排水量q=252.1 m3/h。

集水井的有效容積可按30～60 min的滲漏水量的體積來考慮[2]，即：

V=(0.5～1h)×q

(2)

式中V為集水井有效容積,m3；q為廠內(nèi)滲漏水量,m3/h。

故V=126.05～252.1 m3

本工程設(shè)2個(gè)集水井，分別位于主廠房兩端，總有效容積為190 m3。

3.2.2滲漏排水泵生產(chǎn)率計(jì)算

根據(jù)集水井有效容積和水泵工作時(shí)間，按下式計(jì)算滲漏水泵生產(chǎn)率：

(3)

式中 Q為水泵總生產(chǎn)率,m3/h；T為水泵工作時(shí)間,h。

取滲漏排水時(shí)間為20～30min，得到：

考慮到滲漏排水泵也用于水淹廠房時(shí)的事故排水，為增大排水能力，廠房內(nèi)設(shè)8臺(tái)排水泵，2個(gè)滲漏集水井內(nèi)各安裝4臺(tái)，單泵流量為400m3/h。在正常的滲漏排水工況，滲漏排水泵為兩用兩備。

3.2.3滲漏排水泵揚(yáng)程計(jì)算

滲漏排水泵的揚(yáng)程應(yīng)等于集水井最低水面高程(即水泵切除水位)和地質(zhì)探洞的最高水位之差再加上管路阻力所引起的水頭損失。在本工程中，地質(zhì)探洞水位高程為94.44m，水泵切除水位為-19.85m，故滲漏排水泵揚(yáng)程H=94.44-(-19.85)+hW，其中，hW為管路水力損失。經(jīng)過對滲漏排水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算，得到額定工況下(4臺(tái)排水泵同時(shí)運(yùn)行，且單泵流量Q=400m3/h)，水泵水力損失約為6.5m，故得到排水泵揚(yáng)程H≈121m。

3.2.4滲漏排水泵型號及運(yùn)行參數(shù)

滲漏排水泵采用立式深井泵，有利于防潮防淹，占地空間小，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，本工程滲漏排水泵選用8臺(tái)立式深井泵，型號為K147-3+NU911-2/100，額定工況運(yùn)行參數(shù)為Q=400m3/h，H=121m，配套電機(jī)功率為N=200kW/臺(tái)。

4 結(jié)論

通過對深圳抽水蓄能電站檢修排水泵和滲漏排水泵的選型計(jì)算，最終確定檢修排水選用4臺(tái)立式離心泵，型號為ASCV100-150-310，額定工況運(yùn)行參數(shù)為Q=400m3/h，H=120m，配套電機(jī)功率為N=200kW/臺(tái)；滲漏排水選用8臺(tái)立式深井泵，型號為K147-3+NU911-2/100，額定工況運(yùn)行參數(shù)為Q=400m3/h，H=121m，配套電機(jī)功率為N=200kW/臺(tái)。在水淹廠房的事故狀態(tài)下，所用排水泵全部投入運(yùn)行。

[1] 抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則：DL/T5208—2005[S]. 北京：中國電力出版社，2005.

[2] 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊：水力機(jī)械[M].北京：水利電力出版社,1983.

[3] 馬秀玲，劉斌.茶陽水電站技術(shù)供排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J]. 廣東水利水電,2012(8)：73-74.

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Discussion on Selecting Dewatering and Leakage Drainage Pump Types of Shenzhen Pumped Storage Power Station

ZHAO Jie

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute，Guangzhou 510635, China)

Drainage pump selection is based on dewatering and leakage drainage system of Shenzhen Pumped Storage Power Station. The type and parameter of the drainage pumps of Shenzhen Pumped Storage Power station are confirmed and calculated according to the piping and tunnel layout condition, as well as the power house leakage drainage flow. The dewatering and leakage drainage systems are also described in this paper.

Shenzhen pumped storage power station； dewatering； leakage； drainage pump

2016-03-24;

2016-05-11

趙潔(1983) ，女，碩士，工程師，從事水利水電工程水力機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

TV743