張河灣抽水蓄能電站主廠房樓梯振動過大分析及處理

趙 鈺，馬保東，易長春，付國麗，高艷娜

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

0 引言

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測魚鎮附近的甘陶河干流上，距井陘縣城公路里程45 km，距石家莊市公路里程77 km。該電站總裝機容量為1 000 MW，安裝4臺單機容量250 MW的單級混流可逆式水泵水輪機組。電站樞紐主要由上水庫、水道系統、地下廠房系統和地面出線場、下水庫攔河壩及攔排沙工程等組成。電站建成后接入冀南電網，在系統中承擔調峰、填谷、調頻、調相及事故備用任務。

張河灣抽水蓄能電站機組投入運行以來，廠房樓板結構一直存在強烈的振動和噪聲。

本文針對張河灣電站現場實際情況進行分析，望對其他抽蓄電站能有一定的參考意義。

1 原因分析

經專家現場調查認為：張河灣抽水蓄能電站廠房振動、噪聲強烈程度比較高，對設備和結構安全存在很大的隱患。

2012年張河灣公司組織武漢大學和河海大學相關專家進行了關于廠房結構振動分析的研究，研究結果表明目前廠房強烈振動的振源是來自于蝸殼內頻率為100 Hz的脈動水壓力，脈動水壓力一部分通過蝸殼直接向廠房傳遞；一部分通過水輪機主軸、頂蓋向上傳遞給推力軸承機架，再傳遞給機墩風罩及廠房結構。經水科院在現場進行的測試可知，主機間樓梯共振劇烈，部分部位振級超出標準規定的建筑物振動安全限值，其中振動最厲害的母線層至水輪機層樓梯中間平臺處振動強度已遠遠超出了GB 50706-2011《水利水電工程勞動安全與工業衛生設計規范》和GBZ 1-2002《工業企業設計衛生標準》規定的衛生限值。為保證此樓梯穩定和通行安全，需對其進行加固處理。

2 處理過程

2.1 加固工程施工方案

2.1.1 工藝流程

鋼材復驗→鋼材矯正→放樣號料→切割下料→組裝成型→部件焊接→變形矯正→劃線鉆孔→噴砂除銹油漆→結構驗收→提議安裝→澆筑混凝土

2.1.2 鋼板實施方案

樓梯兩側各層樓板之間，上游側增設混凝土立柱，外包10 mm厚鋼板，斷面外輪廓尺寸400 mm×400 mm；上游側立柱間樓梯平臺板下設斷面外輪廓尺寸300 mm×300 mm鋼托梁，立柱外包鋼板與鋼托梁焊接，形成一個整體；立柱底部與樓板平臺相接處為鋼板，設加勁板，并采用φ28化學錨栓連接。下游側將原有300 mm×300 mm鋼筋混凝土柱加大斷面至400 mm×400 mm，其形式同上游側；加大后的立柱與樓板梁相接處，與上游側立柱類似做法，同樣采用φ28化學錨栓連接。所有鋼板均須進行除銹處理，涂防銹底漆2遍，中間涂防火涂料（保證耐火極限≥1.0 h），表層涂防銹面漆1遍。

圖1 鋼板焊接安裝成型

圖2 鋼板柱刷防銹漆完成

圖3 鋼板柱刷白漆完成

2.2 混凝土澆筑相關要求

（1）混凝土泵、料斗、串筒、振動器等機具設備按需要準備，并考慮發生故障修理時備用混凝土機具。所用的機具均應在澆筑前進行檢查和試運轉，同時配有專職技工，隨時檢修。澆筑前，必須查實混凝土所需要的設備及材料數量，每一個分區一次澆筑完，以免停工待料。

（2）保證水電及原材料的供應

本工程采用自拌混凝土，因現在氣溫很低，在混凝土拌置過程中添加防凍劑，在混凝土澆筑期間，要事先作好準備，保證水、電、照明不中斷。為了防備臨時停水、停電等，事先應在澆筑地點貯備一定數量的原材料、備用發電機組和拌合搗固用的工具，以防出現意外的施工停歇縫。

（3）掌握天氣季節變化情況

加強氣象預測預報的聯系工作，在混凝土施工階段應掌握天氣變化情況，以保證混凝土連續澆筑的順利進行，確保混凝土質量。

（4）檢查模板、支架、鋼筋和預埋件

1）模板的標高、位置與構件的截面尺寸是否與設計符合，構件的預留拱度是否正確。

2）所安裝的支架是否穩定，支柱的支撐和模板的固定是否可靠。

3）模板的接縫是否緊密。

4）鋼筋與預埋件的規程、數量、安裝位置及構件接點連接焊縫是否與設計符合。

5）在澆筑混凝土前，模板內的垃圾、木片、刨花、鋸屑、泥土和鋼筋上的油污，鱗落的鐵皮等雜物，應清除干凈。

（5）木模板應澆水加以濕潤，但不允許留有積水，濕潤后，木模板中尚未脹密的縫隙應用嵌縫紙嵌塞，以防漏漿。

3 處理效果

通過對主廠房中間樓梯主體結構進行加固，在機組運行過程中，樓梯本體振動明顯減小，樓梯處噪音也有明顯改善。具體對比數據見表1、表2。

表1 樓梯加固之前振動、噪音數據

表2 樓梯加固之后振動、噪音數據

4 減振降噪措施

（1）在設備更換以前，協調電網調度，優化機組運行出力。

為了改善廠房內的噪音和振動環境，張河灣公司與電網調度積極溝通，通過科學安排機組開機方式，優化機組出力運行的方法，避開相鄰機組同時滿負荷發電運行，盡量不安排機組在250 MW高噪音、強振動的工況下運行。通過生產人員對近期的噪音振動數據對比，發現機組保持200 MW出力，能夠有效降低廠房各部噪音和振動環境，從而減輕惡劣環境對人身和設備的危害，有效提高了設備運行穩定性。

（2）結合機組檢修，更換轉輪。

張河灣公司通過試驗數據分析，初步判定為轉輪設計存在缺陷。近年來，張河灣公司部分機組更換轉輪后，主廠房振動噪聲明顯減小。

5 結語

水電工程地下廠房的建設應充分考慮設備運行對生產環境的影響。廠房振動會對廠房水工結構造成影響，也會對各種機械、電氣設備帶來影響。由于振動影響產生的噪音對人身的健康危害很大，地下廠房內的噪音往往難以散播出去，會在洞室內反射。故應盡量使用振動及噪音低的設備，同時還應采用有效的隔振、隔音措施。同時，地下廠房建設時，應積極尋求并落實合理的減振降噪措施，在設計、施工、運行和管理等方面，探索更為科學和有效的減振降噪方法。