錦屏二級(jí)水電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)淺析

郭立永 杜沅楓 肖俊豪

雅礱江流域水電開發(fā)有限公司 四川 成都 610051

引言

錦屏二級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河灣上。通過對(duì)大河灣的截彎取直，獲得288m的額定水頭，電站總裝機(jī)容量4800MW，單機(jī)容量600MW。錦屏二級(jí)電站從宏觀上由三部分組成，分別為攔河閘壩、引水系統(tǒng)和地下廠房，攔河閘壩在錦屏一級(jí)電站下游，閘壩可調(diào)節(jié)庫容小，水位調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)要求控制在1640m和1646m，屬于日調(diào)節(jié)水庫。引水洞采用4洞8機(jī)布置，共四條引水隧洞，平均長度為16.67km，在上游調(diào)壓井通過岔管分別與兩臺(tái)機(jī)組的高壓管道相連接，最終達(dá)到地下廠房水輪機(jī)組，實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電。

1 工程概述

1.1 錦屏二級(jí)水電站地下廠房布置

錦錦屏二級(jí)水電站廠房為地下廠房，地下廠房樞紐主要由主副廠房洞、主變洞、母線洞、主變運(yùn)輸洞、進(jìn)廠交通洞、通風(fēng)兼安全洞、主變排風(fēng)洞、廠頂排風(fēng)排煙洞及豎井、500kV出線場等組成。

地下下廠房分為主副廠房，從交通洞入口開始依次為安裝間副廠房、主機(jī)組段、端副廠房，主變洞和GIS大廳區(qū)域。主廠房共分為7層，自下而上分別為尾水管排水閥操作廊道，蝸殼下層，蝸殼上層，水輪機(jī)層，中間層，發(fā)電機(jī)層和頂拱通風(fēng)層。

2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

地下廠房通常深埋于地下數(shù)十米以下，與地面廠房對(duì)比具有地面占地面積少、布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，多見于高山峽谷內(nèi)水電站[1]。但是由于采用地下廠房的布局設(shè)計(jì)，廠內(nèi)設(shè)備的散熱以及溫濕度控制，人員工作環(huán)境等直接受到地下廠房通風(fēng)效果的影響。

國內(nèi)水電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般采用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種模式。對(duì)于巨型水電站，由于電站機(jī)組輔助設(shè)備較多、散熱大，出于電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性考慮，通常采用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種工作模式并舉，為地下廠房進(jìn)行通風(fēng)散熱。

2.1 錦屏二級(jí)水電站自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

地下廠房自然通風(fēng)主要利用的是熱壓效應(yīng)，熱壓效應(yīng)就是在一定空間內(nèi)，由于各部的空氣溫度不同進(jìn)而產(chǎn)生空氣的密度差，最終在空間內(nèi)產(chǎn)生空氣流動(dòng)的效應(yīng)。

錦屏二級(jí)水電站由于設(shè)計(jì)裝機(jī)容量大，對(duì)應(yīng)機(jī)組輔助設(shè)備多，地下廠房內(nèi)部機(jī)組設(shè)備發(fā)熱量大，使地下廠房內(nèi)部與室外相連接的洞室很容易形成熱壓效應(yīng)。在錦屏二級(jí)水電站地下廠房樞中，進(jìn)廠交通洞和通風(fēng)兼安全洞作為地下廠房主要的對(duì)外連接洞室和進(jìn)風(fēng)道[2]。正常情況機(jī)組運(yùn)行時(shí)廠內(nèi)溫度升高，地下廠房與外部產(chǎn)生空氣密度差，對(duì)流產(chǎn)生，廠外新鮮空氣通過進(jìn)廠交通洞和通風(fēng)兼安全洞為地下廠房產(chǎn)生持續(xù)不斷的空氣供應(yīng)，并且通過排風(fēng)道在廠內(nèi)形成自然通風(fēng)循環(huán)。此外，由于地下廠房巨大的建筑結(jié)構(gòu)，利用地下廠房巖石和建筑物混凝土較好的熱惰性和熱慣性，也就是巖石和混凝土的蓄熱性和溫度衰減性能使之溫度常年保持一個(gè)較為穩(wěn)定的數(shù)值，冬天對(duì)流進(jìn)入地下廠房的冷空氣經(jīng)過對(duì)流通道就能被一定程度的加熱，反之夏天的對(duì)流空氣則能進(jìn)行一定程度的冷卻。這樣的話利用地下廠房和厚重的混凝土建筑物的熱惰性和熱慣性，使地下廠房保持一個(gè)恒定的溫度，充當(dāng)一部分空調(diào)調(diào)節(jié)的作用，從而一定程度節(jié)省地下廠房空調(diào)的使用，具有節(jié)約能源的積極作用。通風(fēng)流程圖如圖1所示。

圖1 通風(fēng)流程圖

此外，在主廠房拱頂設(shè)置廠頂排風(fēng)排煙洞作為地下廠房總排風(fēng)排煙洞，廠房內(nèi)其余排風(fēng)排煙豎井與之相連作為最終排風(fēng)口。廠頂排風(fēng)排煙洞在洞口處設(shè)置5臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，主動(dòng)將廠內(nèi)的煙或空氣排至廠外，正常運(yùn)行時(shí)，將對(duì)地下廠房形成一定的負(fù)壓，對(duì)廠內(nèi)的自然通風(fēng)形成增益效果。

2.2 錦屏二級(jí)水電站機(jī)械通風(fēng)設(shè)計(jì)

地下廠房的新鮮空氣通過風(fēng)機(jī)或者組合空調(diào)等其他機(jī)械設(shè)備，通過通風(fēng)管道送至地下廠房的各個(gè)部位，再經(jīng)過排風(fēng)豎井抽出或者自然排出。錦東電廠機(jī)械通風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)主要由主廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、主變洞通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、端副廠房通風(fēng)空調(diào)系等組成。

端副廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和主變洞通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由均由空調(diào)多聯(lián)機(jī)和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)組成，前者風(fēng)源為端副廠房側(cè)的通風(fēng)安全洞，后者風(fēng)源則為進(jìn)廠交通洞，通過送風(fēng)機(jī)將空氣送至端副廠房各層，同時(shí)送排風(fēng)將熱風(fēng)通過端副總排風(fēng)井送至廠左排風(fēng)排煙洞。

錦屏二級(jí)水電站主廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由設(shè)置的四臺(tái)組合式通風(fēng)空調(diào)和廠房內(nèi)布置的送、排風(fēng)管組成。其中兩臺(tái)設(shè)置在端副廠房，風(fēng)源為通風(fēng)兼安全洞，另外兩臺(tái)設(shè)置在安裝間副廠房，風(fēng)源為進(jìn)廠交通洞。4臺(tái)組合空調(diào)運(yùn)行模式分為8種，具體如圖2所示：

其中，前4種為送風(fēng)模式，后4種為通風(fēng)+表冷器制冷模式。

正常情況下，組合空調(diào)的模式由主廠房的溫濕度情況而進(jìn)行自動(dòng)切換。但是錦東電廠主廠房組合空調(diào)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在多年運(yùn)行中均未達(dá)到啟動(dòng)組合空調(diào)啟動(dòng)的最低溫濕度條件，目前通過人工手動(dòng)設(shè)置模式進(jìn)行啟動(dòng)并設(shè)置模式，進(jìn)行主廠房的通風(fēng)。

溫濕度啟動(dòng)條件未到達(dá)的原因分析為[3]：①由于錦屏二級(jí)水電站巨大的地下廠房，并且進(jìn)風(fēng)口的進(jìn)廠交通洞和通風(fēng)兼安全洞長度均在一公里以上，建筑結(jié)構(gòu)的熱慣性和熱惰性均較好，進(jìn)而使得自然通風(fēng)效果較好，進(jìn)風(fēng)溫度也能保持較低并且不大的水平。②與錦東電廠枯、汛期的負(fù)荷變化以及廠內(nèi)輔助設(shè)備冷卻水源的變化有關(guān)。錦東電廠枯期一般為每年的秋冬季，此時(shí)電廠機(jī)組檢修且調(diào)度計(jì)劃負(fù)荷均維持為全年較低水平，并網(wǎng)機(jī)組較少，相對(duì)應(yīng)機(jī)組和輔助設(shè)備發(fā)熱量減少，電站所處位置為高山峽谷區(qū)，冬季廠外溫度低，自然通風(fēng)情況下廠內(nèi)溫度能保持一個(gè)較好的水平。其次，在汛期時(shí)，電廠負(fù)荷計(jì)劃大并且并網(wǎng)機(jī)組多，但是，此時(shí)距離錦東電廠僅為7.5km左右的錦西電廠在汛期泄洪次數(shù)大幅增加，下泄水為水庫深層水，溫度在夏季相對(duì)而言較低。機(jī)組技術(shù)供水取水為蝸殼進(jìn)水口前，廠內(nèi)消防取水為機(jī)組尾水管，技術(shù)供水管路和消防管路遍布整個(gè)地下廠房，在日常工作中也往往能發(fā)現(xiàn)在夏季時(shí)廠內(nèi)水管路冷凝水大量增加，在某種程度這些水管路是充當(dāng)著空調(diào)的一級(jí)表冷的角色，使廠內(nèi)的空氣溫度下降。

優(yōu)化建議：①優(yōu)化主廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)溫濕度采樣點(diǎn)布置。由于水輪機(jī)組輔助設(shè)備在主廠房布局的差異性，導(dǎo)致主廠房各層溫度存在較大的差異性，比如發(fā)電機(jī)層和進(jìn)廠交通洞相連，日常自然通風(fēng)效果好，且本層的輔助設(shè)備發(fā)熱量少，所以溫度較主廠房其余各層明顯偏低。而中間層布置機(jī)組風(fēng)洞間、IPB母線、勵(lì)磁變壓器和廠用變壓器等發(fā)熱量較大設(shè)備，相比發(fā)電機(jī)層而言溫度較高。所以在不同層設(shè)置不同數(shù)量的溫濕度采樣點(diǎn)，作為主廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)參考依據(jù)，避免溫濕度采樣點(diǎn)設(shè)置的不合理而導(dǎo)致的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)未達(dá)到啟動(dòng)條件。②減少主廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中組合空調(diào)控制模式。目前錦屏二級(jí)水電站地下廠房的溫濕度條件很難達(dá)到控制模式中設(shè)置的啟動(dòng)要求，因此建議簡化控組合空調(diào)控制邏輯，減少控制模式，根據(jù)廠房實(shí)際的溫濕度和通風(fēng)條件，降低溫度和濕度啟動(dòng)條件使得組合空調(diào)達(dá)到真正的自動(dòng)控制。③設(shè)置地下廠房空氣檢測裝置。地下廠房除了需要對(duì)溫濕度進(jìn)行控制外，廠內(nèi)人員的工作環(huán)境也顯得尤為重要。在枯期機(jī)組檢修時(shí)，人員活動(dòng)密集，同時(shí)也存在切割焊接等工作，所以溫濕度條件不能反映地下廠房內(nèi)人員的生存環(huán)境。所以有必要建立地下廠房區(qū)域的環(huán)境空氣檢測裝置，作為組合空調(diào)的啟動(dòng)邏輯判斷條件之一。保證地下廠房溫濕度的同時(shí)，也能保證電廠工作人員的身體健康。

3 結(jié)束語

錦屏二級(jí)水電站地下廠房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本滿足廠內(nèi)的通風(fēng)除濕要求，但經(jīng)過多年的運(yùn)行，設(shè)計(jì)與現(xiàn)場實(shí)際存在一定偏差，現(xiàn)階段應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境條件進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，使錦屏二級(jí)水電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大的通風(fēng)效果。希望通過本文對(duì)錦屏二級(jí)水電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的分析，能為雅礱江流域后續(xù)開發(fā)電站的地下廠房通風(fēng)設(shè)計(jì)提供對(duì)比和參考。