亭下水庫(kù)提升預(yù)泄能力改造措施研究

康仕仁

（寧波原水有限公司亭下水庫(kù)分公司,浙江 寧波 315501）

0 引言

確定合理的預(yù)泄水量和預(yù)泄方式是水庫(kù)系統(tǒng)控制調(diào)度的核心要義[1]。亭下水庫(kù)電站3#機(jī)組為一臺(tái)裝機(jī)功率0.32 MW的水輪發(fā)電機(jī)組,作為水庫(kù)生態(tài)流量機(jī)組,其具有運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)電效率低、維護(hù)成本高、故障率高、生態(tài)流量持續(xù)保證率低等缺點(diǎn)。

由于亭下水庫(kù)溢洪道高程以下缺少其他泄洪渠道,臺(tái)汛期、梅汛期調(diào)節(jié)水庫(kù)僅能通過(guò)水電站來(lái)達(dá)到預(yù)泄的目的,預(yù)泄能力稍顯不足。隨著公眾對(duì)水環(huán)境、水景觀的要求越來(lái)越高,水庫(kù)下游對(duì)生態(tài)流量的需求也日益提高。為補(bǔ)充調(diào)節(jié)水庫(kù)預(yù)泄能力,節(jié)省電站的維護(hù)成本,同時(shí)提高生態(tài)流量持續(xù)保證率,亭下水庫(kù)管理站擬拆除電站3#機(jī)組,將其改造為放水閥直接對(duì)下游渠道放水,以確保水庫(kù)安全,充分發(fā)揮水庫(kù)原有的綜合功能,更好地為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展服務(wù)。

1 工程概況

1.1 水庫(kù)構(gòu)成

亭下水庫(kù)總庫(kù)容1.515 億m3,電站裝機(jī)容量2×2 MW+1×0.32 MW,多年平均發(fā)電量為1270 萬(wàn)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(kù)為大（2）型水庫(kù),電站為（2）型電站。主要建筑物攔河壩、泄洪閘、放空洞、發(fā)電引水系統(tǒng)進(jìn)水口為2 級(jí)建筑物,發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電廠及升壓站為3 級(jí)建筑物,施工臨時(shí)建筑物為5 級(jí)建筑物。

1.2 機(jī)組現(xiàn)狀

目前亭下水庫(kù)建筑物主要由攔河壩（含泄水及放空建筑物）、發(fā)電引水建筑物、發(fā)電廠房及升壓站等組成。發(fā)電引水系統(tǒng)設(shè)于14#壩段,進(jìn)水口采用塔式面層取水結(jié)構(gòu),進(jìn)口高程44.05 m,進(jìn)口設(shè)4 扇鋼絲網(wǎng)混凝土分層放水閘門(mén),每扇閘門(mén)寬4.00 m,高4.00 m。分層放水門(mén)后設(shè)有1 扇寬3.00 m,高4.00 m的平板檢修鋼閘門(mén)。平板檢修鋼閘門(mén)后為內(nèi)徑3.5 m的發(fā)電引水管道,長(zhǎng)52.60 m。壩外引水管采用鋼管外包鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),通向發(fā)電廠。發(fā)電引水主管于發(fā)電廠前分出3 根支管,2 根DN1800 支管通向1#、2#機(jī)組,1 根DN800 支管通向3#機(jī)組。

電站廠區(qū)由發(fā)電廠主廠房、副廠房、升壓站、尾水渠、進(jìn)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(shí)改造為戶內(nèi)式。廠址處設(shè)計(jì)洪水位為37.13 m,校核洪水位為37.40 m,廠區(qū)地坪高程定為37.85 m。電站裝機(jī)總?cè)萘?.32 MW,廠房建筑面積425 m2,1#、2#水輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量均為2 MW,3#水輪發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量為0.32 MW。

3#水輪發(fā)電機(jī)位于發(fā)電廠左側(cè)的小發(fā)電機(jī)室內(nèi),發(fā)電機(jī)室長(zhǎng)12.2 m,寬5.4 m,室內(nèi)地面高程38.25 m,左側(cè)與升壓站相鄰,右側(cè)為主廠房,上游側(cè)為35 kV開(kāi)關(guān)站,下游側(cè)為尾水渠通往泄洪渠。

2 機(jī)組改造設(shè)計(jì)方案

2.1 3#機(jī)組拆除

將原DN600 生態(tài)機(jī)組支管上的3#水輪發(fā)電機(jī)組拆除,包括水輪機(jī)、蝸殼、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器等原機(jī)組附屬設(shè)備,保留原DN600 埋地段進(jìn)水鋼管及DN600 進(jìn)水閥,地面以上DN600進(jìn)水鋼管僅保留至法蘭,供連接新鋼管所用。

2.2 3#機(jī)組放水管改造

2.2.1 放水管管徑比選

原3#機(jī)組拆除后,需要安裝放水鋼管接至泄洪渠排水。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形與亭下水庫(kù)的需求,放水鋼管管徑從DN600、DN800、DN1000、DN1200中選擇,綜合比較成果見(jiàn)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(guò)大；而DN1000 鋼管與DN1200 鋼管相比放水流量相差無(wú)幾,出水流速適中,投資明顯更小,性?xún)r(jià)比高,且放水流量達(dá)到不小于4 m3/s的預(yù)設(shè)值。從減少工程投資、運(yùn)行安全穩(wěn)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(tài)機(jī)組支管上的3#水輪發(fā)電機(jī)組拆除后,于原DN600 進(jìn)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(jì),后通過(guò)漸變段連接DN1000 固定錐形閥與DN1000 放水鋼管,沿原3#機(jī)組尾水明渠接至暗渠,明渠內(nèi)新建C25F50 混凝土支墩支撐鋼管。將原3#機(jī)組尾水暗渠起點(diǎn)處閘門(mén)拆除,DN1000 放水鋼管于該閘門(mén)處下彎至暗渠底,沿暗渠接至泄洪渠內(nèi)排水口,設(shè)計(jì)排水流量4.0 m3/s,暗渠段鋼管設(shè)C25F50 外包混凝土,鋼管出口設(shè)置C25F50 砼支墩。

新建DN600 鋼管伸出廠房外墻4 m后設(shè)置一部DN600 超聲波流量計(jì),將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示于放水閥室（原3#發(fā)電機(jī)室）內(nèi)的顯示屏上。DN1000 鋼管長(zhǎng)約90 m,內(nèi)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(jì)后設(shè)置一根DN200 旁通管,對(duì)尾水明渠放水,為管理區(qū)生態(tài)水池供水,旁通管長(zhǎng)2 m,采用不銹鋼支架固定于DN600 鋼管一側(cè),旁通管上設(shè)置一部DN200 手動(dòng)閘閥。

2.3 焊縫檢驗(yàn)

鋼管在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)進(jìn)行整體組裝和組焊,焊接成形后的各項(xiàng)尺寸應(yīng)符合規(guī)范要求。

所有焊縫均應(yīng)進(jìn)行外觀檢查。鋼管所有焊縫、法蘭與鋼管組合焊縫及現(xiàn)場(chǎng)拼接環(huán)縫均按一類(lèi)焊縫進(jìn)行檢測(cè),對(duì)所有T型縫、超聲波檢查有疑問(wèn)的焊縫進(jìn)行5%射線復(fù)驗(yàn)。

2.4 鋼管防腐

（1）鋼管表面預(yù)處理前應(yīng)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(nèi)壁和明管外壁經(jīng)噴射或拋射除銹后,除銹等級(jí)應(yīng)Sa2.5 級(jí),表面粗糙度對(duì)常規(guī)防腐涂料應(yīng)達(dá)到Rz40 μm ~70 μm ,對(duì)厚漿型重防腐涂料及金屬熱噴涂應(yīng)達(dá)到Rz60 μm ~100 μm 。

（3）鋼管與混凝土接觸表面除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到Sa1 級(jí)。

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

（5）經(jīng)除銹后的鋼材表面宜在4 h內(nèi)涂裝,晴天和正常天氣條件下,最長(zhǎng)不應(yīng)大于12 h。

（6）當(dāng)空氣中相對(duì)濕度大于85%,鋼板表面溫度低于大氣露點(diǎn)以上3℃或高于60℃以及環(huán)境溫度低于5℃時(shí),均不得進(jìn)行涂裝。

（7）涂料方案見(jiàn)表2。

表2 涂料方案

2.5 水力機(jī)械

2.5.1 調(diào)流閥選擇

由于原水輪機(jī)的進(jìn)水管預(yù)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(jìn)水管,當(dāng)進(jìn)水管伸出混凝土后,通過(guò)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(kù)預(yù)泄能力與補(bǔ)充生態(tài)流量,需要壓力鋼管的控制閥門(mén)具備調(diào)流調(diào)壓的功能。調(diào)流閥下游側(cè)接入原3#機(jī)組尾水渠,對(duì)泄洪渠排放。調(diào)流閥的運(yùn)行情況見(jiàn)表3。

表3 調(diào)流閥前后壓力情況

2.5.2 調(diào)流閥工作方式

工程的流量調(diào)節(jié)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(tài)流量,仍然需要具備調(diào)流調(diào)壓功能,通過(guò)超聲波流量計(jì)的信號(hào)反饋,控制調(diào)流閥開(kāi)度大小,以保障日常生態(tài)流量的穩(wěn)定及提高水電站的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5.3 調(diào)流閥輔助設(shè)備

為了滿足調(diào)流閥的正常工作需求,同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)廠房尺寸限制和進(jìn)水管已預(yù)埋在混凝土的實(shí)際情況,考慮在調(diào)流閥上游側(cè)安裝1臺(tái)DN600 超聲波流量計(jì),壓力等級(jí)PN10。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)流閥及流量計(jì)的檢修,需要在流量計(jì)上游安裝1臺(tái)DN600 檢修蝶閥,由于原機(jī)組進(jìn)水閥本次不拆除,因此可以不新增上游側(cè)的檢修閥。為了保證調(diào)流閥安裝的便利性,調(diào)流閥需要配置DN1000 鋼制傳力伸縮節(jié)。為了滿足管理區(qū)景觀水池與下游鄉(xiāng)村的供水要求,在調(diào)流閥上游側(cè)設(shè)置一根DN200的旁通管,對(duì)下游放水。在岔管上設(shè)置一臺(tái)DN200,PN10的閘閥。

3 結(jié)語(yǔ)

亭下水庫(kù)電站3#機(jī)拆除改造為放水閥工程的主要任務(wù)是補(bǔ)充調(diào)節(jié)水庫(kù)預(yù)泄能力,節(jié)省電站的維護(hù)成本,同時(shí)提高水資源利用率和生態(tài)流量持續(xù)保證率。工程實(shí)施后,其效益主要體現(xiàn)在保障亭下水庫(kù)發(fā)揮其防洪、灌溉、供水、發(fā)電等功能,同時(shí)兼顧改善水環(huán)境,效益顯著。本工程的實(shí)施可以確保水庫(kù)能發(fā)揮其應(yīng)有的功能且提高下游河道的生態(tài)環(huán)境。