桐柏蓄能电站输水系统充排水浅析

樊卫彬，李广亮

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200）

桐柏蓄能电站输水系统充排水浅析

樊卫彬，李广亮

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200）

桐柏抽水蓄能电站输水系统作为电站枢纽的重要组成部分，其充水、排水操作是电站运行过程中的一个重要环节,为确保充排水过程安全及引水压力钢管应力释放和位移观测,将整个输水系统充排水过程分阶段完成，本文通过对2014年l号输水系统充排水的介绍,浅析桐柏输水系统充排水情况,以供国内同类电站参考。

输水系统；充排水；总结

1　概述

桐柏蓄能电站位于浙江省天台县境内，距天台县城7 km，是一座日调节纯抽水蓄能电站，主厂房和主变洞均设在地下。电站装机容量120万kW，内设4台单机容量为30万kW的立轴单机混流可逆式水泵水轮机/发电电动机组。

输水系统位于上下水库之间的山体内，采用一洞二机、斜井、尾部厂房布置方案，主要由上平段、斜井、下平段、尾水段四部分组成。两条输水管道的中心间距为48m，洞径9m，斜井斜长390.2m。钢筋混凝土岔管将主管分为二条支管，支管直径5.5～3.1m，钢衬长度107.6～141.9m。从上库进出水口到机组中心线输水管道的长度是872.85～884.57m。

2　输水系统充水操作

输水系统充排水是蓄能电站运行过程中的一个重要环节。充水过程中，随着输水系统充水水位的上升,水道衬砌、周围围岩承受内压力也趋于上升，岩石结构应力也随之变化，充水太快，则破坏岩石应力结构，易造成裂纹甚至裂缝；充水太慢则加长复役操作时间，加长检修工期，影响电站、机组的恢复备用时间。故充水过程中亟需加强监测设备监视，全面把控充水速率，确保设备、电站安全。

2.1充水条件

（1）1、2号机球阀无水、低油压开关球阀试验完成；

（2）1、2号机无水、低油压开关调速器试验完成；

（3）上库1号进出水口闸门系统具备充水条件；

（4）下库1、2号尾闸系统具备充水条件；

（5）1号输水系统所有检修、试验工作已结束，工作票已终结或关闭。

2.2充水前检查

为确保输水系统充水安全顺利进行,在充水前,还需对输水系统再次进行全面详细检查。输水系统检查主要包括以下内容：

（1）水道衬砌结构、外观检查，灌浆部位质量及灌浆孔封堵情况检查；

（2）水道灌浆后有无渗水情况，通过厂房周围间接观测水道渗漏水情况；

（3）水道有无遗漏物件，杂物清理情况检查；

（4）检查1、2号机尾水闸门及上库1号进出水口事故闸门充水阀操作是否灵活，检查闸门关闭状态下渗漏水情况，同时要求二次人员测试尾水闸门与机组调速器、球阀电气闭锁情况；

（5）完成蜗壳进人孔、尾水管进人孔密封情况检查。

2.3输水系统充水前状态

本次1号输水系统1、2号机尾水段、下平段及部分斜井段，通过1、2号机尾水闸门充水阀充水，待充水至与下库水位一致时，关闭1、2号机球阀、导叶，开启1、2号机尾水闸门；输水系统上平段及部分斜井段直接由上库进/出水口闸门充水阀进行充水。

（1）关闭1、2号机压力钢管、尾水管、蜗壳、球阀阀体排水阀；

（2）关闭1、2号机组导叶、蜗壳进人门、尾水管进人门；

（3）将1号机导叶全关、球阀关闭，球阀检修密封、工作密封退出；

（4）将2号机球阀全开，2号机导叶开至空载开度。

2.4充水技术要求

为保证管道结构的安全稳定,引水系统首次充水必须严格控制水位上升的速度;每一阶段充水后稳定一段时间,待监测系统确认安全后,方可进行下一阶段的充水。上下库进/出水口事故检修闸门内输水系统充水所需水量为6.9万m3。表1为1号饮水系统充水参数。

2.5充水实施

1号输水系统充水分为两个阶段。

2.5.1第一阶段

（1）2014年12月3日

①08：30现地自动打开1、2号机尾闸充水阀，在充水过程中,水工检测班分赴现场和水位检测室监视监测水道内外侧压力差值变化，严格将水道内外压力差值控制在换算水位值100m之内，进而严格控制水位上升在10m/h以下，14：00引水遂洞水位充到下库水位（EL120），全开1、2号机尾闸。

②全关2号机导叶、投入导叶锁锭，关闭2号机球阀，投入1、2号机球阀工作密封，做好1、2机球阀防动措施。

（2）2014年12月4日

09：00现地手动开1号上库进出口闸门充水阀，通过冲水阀开度控制充水速率；21：00引水遂洞充至EL240m，标志着第一阶段充水完成,暂停充水48 h。

第二阶段：12月6日～10日

经过后续多次调整引水系统充水阀开度，将充水速度调整至5m/h左右。12月8日充水至与上库水位平行，水位高程为386m高程，充水阀完全打开进入第二阶段48 h稳压过程。稳压过后全开1号上库进出口闸门，继而恢复1、2号机球阀防动措施。

2.6充水注意要点

（1）操作之前，曾计划将1、2机球阀、导叶均打开，用两台机尾闸充水阀充水，从这次充水过程来看，用一台机充速度已够快，用两台机尾闸充水阀充水，充下平段以及斜井段时更难控制。

（2）用上库闸门充水阀开度调整充水速度相当难调，判断充水大小主要依据上平段充排气孔声音确定充水阀开度，难以准确。针对这个问题，公司立即着手探索研究，实施增加充水阀开度机械指示技改项目，彻底解决所发现的问题。

（3）密切监测岔管部位的钢筋应力、混凝土应力、渗压计测定的外水压力、测缝计测定的混凝土衬砌和围岩间缝隙宽度、基岩变位计及多点变位计测得的围岩变形、锚杆应力计测得的锚杆应力等。

（4）整个充水过程中密切监测山体地下水位,如发生异常应立即采取必要处理措施。

（5）现场加强蜗壳进人孔、尾水管进人孔的密封情况,如发现异常应立即停止充水，待问题解决后再继续充水，若需排空，应立即进行输水系统排水操作。

3　输水系统排水操作

排水比起充水更是一项危险的工作,不但要保证输水系统衬砌的安全,而且要控制排空日期，避免影响机组设备的检修开工时间和安排。排水过程中,围岩水压对输水水道衬砌形成一种外压,若排水速率太快，则水道衬砌承受外水压太大,将造成输水系统衬砌破坏。因此，输水系统放空速率要根据输水系统结构、水头、岩石结构、地质条件等多种因素确定。

3.1排水速率控制要求

根据华东勘探设计院《输水系统充排水试验设计要求》，并结合实际确定：EL240m高程以上每小时下降水位4 m，EL240 m高程以下每小时下降水位2～3m；引水隧洞内外水头差不得大于100m。当排水设备流量调节不能满足上述要求时（即水位下降速率过快），应采取间歇（台阶）式排水方法使其时间平均值满足上述水位下降速率要求。

1号引水系统排水分段参数见表2：

3.2排水过程

1号输水系统排水分为四个阶段进行，采用打开2号机压力钢管排水阀、钢管排水隔离阀排至2号机尾水管，继而排至下水库，通过调整2号机压力钢管排水阀开度去把握控制排水速率：

（1）第一、二阶段采用自流排水至下库，以3～4 m/h下降速率，水位高程从386m降至131m；

（2）第三个阶段关闭2号机尾水闸门，开启尾水管排水阀，采用自流排水与检修排水泵排水结合方式排水，以3m/h下降速率，水位高程从131m降至59.45m；

（3）第四阶段采用检修泵抽排水，以3m/h下降速率，水位高程从59.45m降至40.8m。

3.3排水注意要点

排水过程中应严密监测水道的变化情况是否正常，做到实时监测各种埋入监测设备所测数值是否满足技术要求：

（1）排水第三个阶段处在斜管段，按照方案中控制速率3m/h，则1 h排水量在63.585×3=190.8m3，而1、2号检修水泵单台额定排水量在900m3/h，极易出现检修泵直接排尾水管中水，从而在球阀至导叶段形成真空，给伸缩节密封、球阀等设备造成极大损坏，应采取间歇（台阶）式排水方法并打开蜗壳、转轮室排气阀。

（2）排水第三、四阶段过程中，1、2号机尾水管排水形成真空，注意关小1、2主变空载冷却水排水阀开度来保证其它主变冷却水流量正常。

（3）现场操作人员或水工监测人员亟需严密注视外露段压力钢管状态并监听管内声响是否正常，如发现异常应立即停止排水操作，待异常查明后再继续进行。

4　输水系统充排水的经验总结

桐柏抽水蓄能电站输水系统经过2008年充排水操作，加上此次操作，碰到不少问题，也积累不少经验：

（1）了解输水系统设计图纸资料，掌握充排水方案。

输水系统设计要求、监测数据限值的了解是充排水的基础，充分掌握理解充水方案的技术要求更是基础的重点，否则一旦碰到异常或意外，不能第一时间准确处理、详细汇报，极可能发展为重大事故，造成人身、设备、电网损失。应充分做好基础准备工作。

（2）严格做好现场渗漏水情况监视和水道内外压力变化监测工作。

在充排水过程中,应严密监测水道内水位及围岩地下水位的变化情况,监测各个渗漏水点漏水量变化及趋势。例如,桐柏电站的设计要求是地下水位高出引水隧洞的水位不能超过100m,因此,当水道放空至下斜井部位时,需暂停一段时间,待地下水位降至要求水位时才继续排水，充水过程反之。

（3）明确分工、落实责任、建立完善交接联络机制。

操作人员、水工监测分工明确，针对充排水持续时间较长，操作人员、水工监测人员轮换频繁，中间人员轮换极易产生交接不清楚问题，应建立完善交接机制，交接时举行专门会议，形成纸质工作记事及交接记录，并落实个人责任制。

（4）控制合理冲排水速率。

严格按照充排水方案执行，宜慢不宜快，每个阶段输水管道应待充分稳压后再继续下步操作，切忌赶时间追工期。

5　结束语

桐柏蓄能电站输水系统的充排水是一个复杂、难度较大、危险点源较多的工作，经过2005年、2008年、2014年三次输水系统充排水操作，每次充排水前筹划、充排水过程中监督、充排水后总结，积累起不少有益经验，此次2014年的1号输水系统充排水操作的浅析，对我国抽水蓄能电站充排水操作有着较大的指导意义。

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[5]林松斌.广州抽水蓄能电站引水系统充排水实践[J].珠江现代建设，1999（3）.

樊卫彬（1987-），男，助理工程师，从事抽水蓄能电站设备运行工作。

TV672

B

1672-5387（2015）11-0069-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.11.023

2015-07-31