西藏DG水電站環保智能排水系統設計

錢 瑭，周 毅，丁麗香

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州311122）

0 引 言

DG 水電站位于西藏自治區境內，是YLZBJ 中游河段規劃8級開發的第2 級電站，上游為規劃開發的BY 水電站，下游為規劃開發的JX 水電站和已建的ZM 水電站，電站總裝機容量為660 MW。其廠房布置型式為壩后式地面廠房，廠房內共裝設4臺單機165 MW的立軸混流式水輪發電機組。

本電站廠內排水系統分為機組檢修排水系統和廠內滲漏排水系統二部分。排水系統均采用間接排水方式，即水泵+集水井的排水方式［1］。鑒于近年來日益嚴格的環保要求，本電站將廠內滲漏排水系統分為無油滲漏排水和含油污水排水二個系統，無油滲漏集水井和含油污水集水井相互獨立，分別設于廠房不同部位。含油污水經過處理達到排放標準后還可用于綠化灌溉。作為西藏目前在建單機容量最大、同時也是海拔最高的電站，其所處環境遠比內地平原地區惡劣，了解其排水系統的設計過程，對今后YLZBJ 中下游水電站規劃和開發，具有一定的現實意義。

1 機組檢修排水系統

機組檢修排水系統主要是為了機組檢修時，及時排除壓力鋼管、蝸殼、尾水管內的積水，通常有直接排水和間接排水兩種方式。由于間接排水設備布置高程高，設備運行條件好，本電站機組檢修排水采用間接排水方式。

在每臺機組尾水管底部的兩側，均設置一只DN600 mm 的盤型閥，與檢修排水廊道相連；在每臺機的蝸殼底部設置一只DN500 mm 不銹鋼球閥，與尾水管相連。機組檢修時，打開不銹鋼球閥和盤型閥，將流道內的積水排至檢修排水廊道和檢修集水井，由檢修排水泵排至下游尾水渠。

機組正常檢修時，壓力鋼管（檢修尾水位以下部分）、蝸殼、尾水管、轉輪室內的積水體積約為6 300 m3。由于本電站汛期泥沙含量較大，根據相關規程規范及類似工程經驗，上下游閘門的單位長度漏水量取值為1 L/ms，經計算，上、下游閘門的總漏水量約為330 m3/h。機組檢修排水時間按4.0 h 左右考慮，所需的水泵總容量約為1 900 m3/h，考慮一定的裕量，選擇3 臺流量為650 m3/h的排水泵。

為優化水泵運行范圍，檢修排水泵的排水管出口高程適當抬高，布置在機組滿發尾水以上、設計洪水位以下，額定揚程約為58 m。

本電站海拔高度約3 400 m，屬于高原二類地區。考慮到高海拔電機降容效應，筆者在招標設計階段充分收集水泵廠家的制造經驗，經過綜合比較，最終建議電機功率為185 kW（即平原地區電機功率×1.25 或平原地區電機功率/0.82），以保證水泵的生產能力。

根據《水力發電廠水力機械輔助設備系統設計技術規定》（NBT35035-2014），集水井的容積應滿足一臺水泵工作10～15 min 排水量［2］，而本電站檢修集水井的實際有效容積（不包括檢修排水廊道）約為130 m3，滿足規范要求。考慮到集水井的清淤要求，備兩臺移動式潛污泵，全廠排水系統共用。

機組檢修排水系統的3 臺深井泵，均布置在安裝場下3 367.70 m 高程檢修集水井蓋板上。深井水泵啟動前先投入潤滑水，延時120 s 啟動水泵。深井泵潤滑水源來自廠內生活供水總管。機組檢修排水初期，由手動控制3臺水泵同時工作，當尾水管內的積水全部排空后改由自動控制，排除來自上、下游閘門的滲漏水。在檢修集水井內，裝設有浮球液位開關和潛水式液位變送器各一套，用于對深井泵的運行控制和檢修集水井內的水位監視。由于檢修集水井頂板高程位于1臺機組運行水位以下，為防止機組檢修時水淹廠房，將檢修集水井的進人孔及吊物孔設計為密封形式，并在集水井內設引至廠房下游尾水平臺以上的通氣管。機組檢修排水系統圖見圖1。

2 廠內無油滲漏排水系統

廠內無油滲漏排水系統，主要用于排除廠房內水工建筑物各部位的滲漏水、水輪機滲漏水（不包括機坑自流排水、空壓機室地面排水、透平油處理室地面排水等含油污水）、發電機機坑冷凝排水以及其他臨時排水等。上述滲漏水先匯集到廠房內滲漏集水井，然后通過滲漏排水泵排至下游尾水河道。

根據廠房結構專業提供的資料，廠房內滲漏排水系統的最大來水流量約為250 m3/h。滲漏集水井的有效容積一般按30～60 min的滲漏水量的體積來考慮［2］。而根據水泵生產廠家的建議和部分大型水電廠的實際運行經驗，適當延長滲漏排水泵的啟動間隔時間，有利于滲漏排水泵的長期穩定運行，從而延長滲漏排水泵尤其是電機的使用壽命。因此，在不增加相關土建控制尺寸的前提下，盡可能增大集水井的有效容積。故本電站廠房滲漏排水集水井的有效容積按60 min 的廠房滲漏水量考慮，即為250 m3。排水時間取30 min，計算得出水泵總流量為750 m3/h，根據《水力發電廠水力機械輔助設備系統設計技術規定》（NBT35035-2014）的規定，選擇2 臺工作水泵，另選2 臺作為備用水泵，則單臺水泵的流量為375 m3/h，考慮一定的裕量，并綜合參照廠家樣本，選擇4臺流量為440 m3/h的排水泵。

水泵的揚程按廠房下游校核洪水位與停泵水位的差值，再加上水泵排水時的管路損失確定。考慮到滿發水位計算的水泵揚程較低，但此工況水泵運行時間較長，為優化水泵運行范圍，將水泵出水口布置在3 380.00 m高程附近，計算出額定揚程約54 m。選用4 臺長軸深井泵，每臺深井泵的額定排水流量為440 m3/h，額定揚程54 m。同樣考慮到高海拔電機降容效應，建議電機功率為132 kW。

4 臺深井泵均布置在安裝場下3 367.70 m 高程廠房滲漏集水井蓋板上。深井水泵啟動前先投入潤滑水，延時120 s 啟動水泵。全廠一共設置2 根DN400 無油滲漏排水總管，用于收集廠房結構和機組的滲漏水。在廠房滲漏集水井內，裝設有浮球液位開關和潛水式液位變送器各一套，用于對深井泵的運行控制和滲漏集水井內的水位監視。廠房無油滲漏排水系統圖見圖2。

3 廠內含油污水排水系統

鑒于近年來日益嚴格的環保要求，并綜合參照我院承擔設計的龍開口、苗尾等電站的成功運行經驗，DG 電站將無油滲漏排水系統和含油污水排水系統分開設置（滲漏集水井和含油污水集水井相互獨立，分別設于廠房不同部位）。

廠內含油污水排水系統，主要用于排除機坑自流排水、空壓機室地面排水、透平油處理室地面排水等含油污水等。上述含油污水通過排水管匯集到廠內含油污水集水井，然后通過含油污水排水泵排至廠外的油混水收集池經油水分離處理后排放。

在機組頂蓋配置2臺潛污泵，正常情況下，潛水泵根據水位自動運行，將機坑積水直接排至廠外油混水收集池。機坑內還設有2根DN150的自流排水管，當潛污泵出現故障水位升高，則機坑的積水自留排至含油污水集水井，由含污集水井的水泵將油混水排至廠外油混水收集池進行處理，合格后方可用于灌溉系統。

根據主機廠提供的《泵板及主軸密封漏水量計算稿》，在下游設計洪水位（0.5%）=3 384.64 m 時，主軸密封的漏水量為16.5 L/s，其中有約10%從機坑自流排水管排走。因此，本電站廠內含油污水排水量詳見表1。

廠內含油污水集水井的有效容積一般按30～60 min 的滲漏水量的體積來考慮。由于本集水井主要滲漏水量來自頂蓋排水泵故障后主軸密封的排水，因此滲漏來水量主要取決于同時運行的機組數量。本電站廠內含油污水系統主軸密封來水量按4 臺機組同時運行考慮，集水井的有效容積按60 min 的滲漏水量考慮取25 m3。水泵排水時間按60 min計算，選擇單臺水泵流量為QP=50 m3/h。

水泵的揚程按廠外油混水收集池高程與停泵水位的差值，再加上水泵排水時的管路損失確定，經計算水泵的額定揚程約30 m。根據電站特點及實際布置情況，選用3 臺立式離心泵，1臺工作水泵，另外2 臺作為備用水泵。每臺泵的額定排水流量為50 m3/h，額定揚程為32 m，建議電機功率為7.5 kW。

3 臺離心泵均布置在廊道層3 355.00 m 高程廠內含油污水集水井邊。在廠內含油污水集水井內，裝設有浮球液位開關和潛水式液位變送器各一套，用于對離心泵的運行控制和廠內含油污水集水井內的水位監視。全廠設2根DN350的含油污水排水總管，接至集水井。廠內含油污水排水系統圖見圖3。

圖3 廠內含油污水排水系統Fig.3 Diagram of oily sewage drainage system

4 布置特點

作為西藏目前在建海拔最高的壩后式電站，其所處環境特點為氧氣稀薄、紫外線強烈、早晚溫差大、冬季氣溫極低，根據氣象資料統計，該地區冬季極端最低氣溫達到了-16.6 ℃，對設備的運行及維護都是極大的考驗。鑒于這一特殊的氣候條件，在設計階段，除了將大部分排水管路設置為埋管、避免和空氣直接接觸這一基本措施外，還在一些特定區域設置了防凍排水管，即在管網最低點設置旁通管和常閉閥門，在排水系統長時間停用前，手動打開閥門，將管網低處的積水排空，以防管道內的積水結冰膨脹致使管路損壞（見圖4）。

圖4 防凍排水管示意Fig.4 The freeze-proofing drain pipe

除此之外，在管網沿線設置了測溫電阻、示流信號器、壓力變送器等自動化元件，將信號輸出至中控室，以便隨時檢測管網的溫度、流量、壓力等運行參數，一旦出現異常則自動發出報警，運維人員可根據信號等級及重要程度采取相應的停機、檢修、維護等措施，以保證設備和管路的安全，實現了排水系統運維的智能化。

考慮到本電站汛期過機泥沙含量較大，在檢修集水井和滲漏集水井內還設有相互沖淤的管路，其沖淤水源引自排水泵排水管，當滲漏排水泵啟動時，打開檢修集水井沖淤管上的常閉閥門，即可實現檢修集水井的沖淤；同理，當檢修排水泵啟動時，打開滲漏集水井沖淤管上的常閉閥門，即可實現滲漏集水井的沖淤（見圖1 和圖2）。此舉措可防止泥沙淤積集水井底部［1］。

5 結 語

西藏地區水電站所處環境的特殊性，導致其設計過程遠遠復雜于內地，而排水系統作為廠房內重要的輔助設備系統，其成功與否影響著電站的安全穩定運行。

本電站將機組檢修排水系統、廠房無油滲漏排水系統和廠內含油污水排水系統分開設置，并且都設置了備用水泵，保證了排水系統的可靠性，也滿足了環保要求［3，4］。考慮到冬季極端氣候，設置了防凍排水管。檢修集水井和滲漏集水井設置了相互沖淤的管路，為集水井的檢修清理提供了便利。水泵電機均考慮了高海拔降容效應，保證了水泵的生產能力。排水系統設備與廠內在線監測系統聯動，實現了運維的自動化，使后續建造智能電廠成為可能。

綜上所述，本電站排水系統的設計不僅滿足電站安全生產的要求，又緊密結合當地環境的特點，充分考慮運行維護人員的便利性，布置上追求美觀合理，可為同類型電站的選型設計提供參考。 □