抽水蓄能電站排水系統(tǒng)設計分析

謝永蘭

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

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抽水蓄能電站排水系統(tǒng)設計分析

謝永蘭

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

抽水蓄能機組較常規(guī)機組埋深大，所以其排水系統(tǒng)的設計必須安全可靠，文章從檢修排水和滲漏排水兩大系統(tǒng)考慮，對抽水蓄能電站的排水系統(tǒng)設計作簡要論述。

抽水蓄能電站;檢修排水;滲漏排水；排水系統(tǒng)

0 前 言

為了適應中國新能源開發(fā)需要，近年來越來越多的抽水蓄能電站投入建設。一般而言抽水蓄能機組較常規(guī)機組埋深大，且隨著人們對機組運行穩(wěn)定性的重視程度增加，抽蓄機組埋深有日趨增加的態(tài)勢；為確保電站安全，防止發(fā)生水淹廠房等重大安全事故，排水系統(tǒng)的設計必須合理、安全。

1 排水系統(tǒng)簡介

抽蓄電站的排水系統(tǒng)，一般可分為檢修排水系統(tǒng)和滲漏排水系統(tǒng)；對于大型水電廠兩系統(tǒng)應分開設置[1]。

1.1 檢修排水系統(tǒng)

檢修排水系統(tǒng)是當水輪機或引水系統(tǒng)檢修時，排除引水壓力鋼管、蝸殼、尾水管、尾水隧洞內(nèi)積水；由于抽蓄電站一般尾水隧洞較長，尾水隧洞的排水系統(tǒng)可考慮臨時設施或與機組檢修排水系統(tǒng)一并考慮。本文中的檢修排水系統(tǒng)主要用于機組檢修時排除機組進水球閥和尾水閘門之間流道內(nèi)的積水，以及檢修期間閘門的漏水。

檢修排水可采用直接排水或間接排水方式，如采用直接排水方式，排水泵房位置需設置在較低高程，泵房的排水、水泵的防潮等都需特別考慮；如采用間接排水方式，因抽蓄電站尾水位較高，排水系統(tǒng)的密封性難以保證，特別是很多抽蓄電站尾水位較抽蓄廠房頂還要高，集水井通氣管如何設置是個難題，集水井和排水廊道的設計應考慮尾水反壓問題。

根據(jù)NB/T 35035—2014 《水力發(fā)電廠水力機械輔助設備系統(tǒng)設計技術規(guī)定》 4.2.7 第1條規(guī)定[2]：“對于地下廠房或尾水位較高的水電廠宜采用直接排水方式”。對于抽蓄電站而言，一般都屬尾水位較高的地下廠房，故推薦采用直接排水方式，如果廠房地形條件不允許，也可采用間接排水方式。

1.2 滲漏排水系統(tǒng)

廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)主要是排出地下廠房圍巖滲水、機組頂蓋及主軸密封漏水、技術供水系統(tǒng)中自流供水用戶的冷卻排水，如：SFC起動裝置冷卻排水、中壓空壓機冷卻排水等以及廠內(nèi)設備檢修沖洗、鋼管伸縮節(jié)滲漏和各部分供排水的閥門、管件滲漏排水等。

2 排水系統(tǒng)設計

2.1 排水系統(tǒng)路徑選擇

排水系統(tǒng)排水管出口可選路徑如下：① 下游調(diào)壓井;② 不檢修機組的尾水管/尾水隧洞；③ 地下洞室的排水廊道(一般為頂層排水廊道，然后自流至廠外)；④ 下游水庫；⑤ 有條件時，還可考慮自流排水方式。

有的抽蓄電站如廣州二期抽水蓄能電站[3]、惠州抽水蓄能電站[4]、天荒坪抽水蓄能電站、陜西鎮(zhèn)安抽蓄電站[5]，由于地形條件許可，在尾水管底部設有自流排水洞，機組過流部分、壓力鋼管、引水隧洞和尾水隧洞需要檢修時，通過安裝在機組尾水管上的機組檢修排水閥和排水管將水排至主廠房自流排水洞，再排至河道。此種排水方式安全、可靠且節(jié)能，根據(jù)DL/T520—2005《抽水蓄能電站設計導則》9.7.5條規(guī)定：“集水井和排水廊道的水可用水泵排到下游調(diào)壓井、下游水庫或其它地方，有條件時，宜采用自流排水方式”。

自流排水洞不僅節(jié)約了水泵及泵站的相關費用，而且節(jié)省了廠用電及維修費用，只要自流排水洞排水通暢，電站運行安全可靠度將大大提高。當然，此種方式如果需設置的自流排水洞長度太長，還需與強排方式進行詳細的技術經(jīng)濟比較；但是一般而言，如地質(zhì)地形條件許可、自流洞長度合適還是推薦自流排水方式；如：天荒坪抽水蓄能電站所設的自流排水隧洞長達1 680 m[6],惠州、清遠抽水蓄能電站自流排水洞長分別為4 406 m和4 790 m[7]；運行期間，電站地下洞室群滲水、生活及機組檢修油污水經(jīng)處理后，分別用鋼管或直接自流排入自流排水洞，然后自流排向下庫。以上電站的實際運行經(jīng)驗也驗證了該方式運行維護簡單、節(jié)能且可靠。

但是，大多數(shù)抽蓄電站由于地質(zhì)地形條件所限，無設置自流排水洞的條件，就必須采用水泵強迫排水方式；不管采用直接排水或間接排水方式，排水路徑均需進行技術、經(jīng)濟比較，對方案①～④可選路徑從以下幾個方面進行對比。

(1) 排水水量回收

除方案③無法回收外，其余方案均能回收排水水量，可保證上、下水庫水量平衡。

(2) 尾水隧洞檢修

方案③、④可不另行考慮尾水隧洞檢修問題，其余方案均需另行考慮。

(3) 檢修集水井通氣(如采用間接排水方式)

方案①中揚水管出口高程一般高于設計洪水尾水位，集水井通氣管可隨排水管引至調(diào)壓井；方案②、④只能在檢修排水泵房中設置排氣閥，雖然這種排氣方式在供水管網(wǎng)上應用較多，但在大埋深的地下廠房集水井排氣中尚未成功運用的先例，可能對電站的安全運行存在一定風險；方案③集水井通氣管可隨排水管引至頂部排水廊道。

(4) 水泵揚程

方案①、②、④中水泵揚程均受下庫水位變化影響，且變幅較大；不利于水泵穩(wěn)定運行；方案③中水泵揚程不受下庫水位變化影響，且變幅較小，水泵基本都運行在額定工況附近，水泵效率和運行穩(wěn)定性均較優(yōu)。

(5) 管路布置

方案④管線較長，但管路布置較為簡單；方案①、③管線略短，但管路布置最復雜；方案②管線最短，管路布置最簡單。

湖北白蓮河抽蓄電站(無尾調(diào))檢修排水系統(tǒng)采用間接排水方式[8]，在施工設計階段，排水路徑有兩方案可選，即方案③和方案④；在綜合考慮上述方面及土建施工難度和工程量等因素后，選擇了方案③為最終方案，投運后運行狀況良好。

2.2 排水系統(tǒng)設備選擇

2.2.1 檢修排水系統(tǒng)設備選擇

本節(jié)內(nèi)容主要針對的是強排系統(tǒng)的水泵而言。檢修排水系統(tǒng)中[9-10]，如采用直接排水方式，一般選用臥式離心泵；如采用間接排水方式，一般采用深井泵?？紤]到排完流道內(nèi)積水后還需排除閘門漏水且漏水量不大，宜選用2臺小泵專門用于排除閘門漏水。

(1) 水泵生產(chǎn)率計算

水泵生產(chǎn)率按所有水泵投入運行后4～6 h(如水道較長，排水時間也可放長至8～12 h)內(nèi)排除流道內(nèi)積水進行計算，排水泵的臺數(shù)不宜少于2臺，不設備用泵。

2臺小泵的生產(chǎn)率按大于閘門漏水量進行選取，一臺工作，一臺備用。

(2) 水泵揚程計算

方案①、②、④水泵揚程按設計洪水位下機組檢修考慮，對整個系統(tǒng)進行水力計算后最終確定。

方案③水泵揚程按揚水管排出高程、水力計算后確定。

2.2.2 滲漏排水系統(tǒng)設備選擇

本節(jié)內(nèi)容主要針對的是強排系統(tǒng)的水泵而言。

滲漏排水系統(tǒng)水泵一般選用深井泵。

(1) 水泵生產(chǎn)率計算

水泵生產(chǎn)率按集水井有效容積、滲漏水量和排水時間確定，集水井容積宜按30～60 min廠內(nèi)總滲漏水量確定，有條件時宜適當加大，排水時間按20～30 min考慮。

工作泵的臺數(shù)應按排水量確定，需設備用泵，備用泵的總排水量不宜少于工作泵總排水量的50%；當只設1 d工作泵時宜設置2臺備用泵，備用泵的流量、揚程宜與工作泵相同。對于地下廠房而言，排水泵的設置應適當考慮裕量。

(2) 水泵揚程計算

方案①、②、④水泵揚程按最高尾水位與集水井最低水位之差加上管道水力損失確定；方案③水泵揚程按揚水管排出高程與集水井最低水位之差加上管道水力損失確定。

2.2.3 油水分離系統(tǒng)

由于在運行過程中透平油系統(tǒng)可能會有漏油，并進入滲漏排水系統(tǒng)；為了保證河水水質(zhì)不受污染，須對含油污水進行油水分離。 一般會設置1個油水分離集水井和清水集水井；然后通過油水分離裝置進行分離。分離裝置的容量如何選擇，目前尚無相關標準對此有明確的規(guī)定。各項目設計差異性較大，但是基本原則就是須保證排入河道內(nèi)的水質(zhì)安全。

3 結(jié) 語

(1) 如地形條件許可、自流排水長度經(jīng)濟合理，抽蓄電站排水系統(tǒng)宜采用自流排水方式。

(2) 檢修排水宜采用直接排水方式，對應水泵宜采用臥式離心泵；滲漏排水系統(tǒng)水泵宜采用深井水泵。

(3) 如無自流排水的條件，排水路線需綜合考慮；如無水量回收要求，推薦采用排至頂層排水廊道后自流排至廠外方式；如有水量回收要求且有尾水調(diào)壓室，可排至尾水調(diào)壓室尾水閘門后。

[1] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.抽水蓄能電站設計導則：DL/T5208-2005[S].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 國家能源局.水力發(fā)電廠水力機械輔助設備系統(tǒng)設計技術規(guī)定：NB/T 35035-2014[S].北京：中國電力出版社，2014.

[3] 陳東，何文才.廣蓄二期工程水力機械輔助系統(tǒng)設計[J].廣東水利水電，2001(11):64-66.

[4] 吳新平.惠州抽水蓄能電站機組輔助設備系統(tǒng)設計特點[J].廣東水利水電，2008(07)：59-62.

[5] 劉慧鳳.陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能電站工程可行性研究報告(機電部分)[R].西安:西北勘測設計研究院有限公司，2013.

[6] 劉郁子,譚建梅.天荒坪抽水蓄能電站地下洞室群排水系統(tǒng)設計[J].水力發(fā)電，2001(06)：39-40.

[7] 中國水電顧問集團北京勘測設計研究院.抽水蓄能電站工程技術[M].北京：中國電力出版社，2008：325.

[8] 伍志軍，吳濱.白蓮河抽水蓄能電站排水系統(tǒng)研究[J].水力發(fā)電，2010(07)：53-54,62.

[9] 水電站機電手冊編寫組，水電站機電設計手冊[M]，北京：水利電力出版社，1983：509.

[10] 范華秀.水力機組輔助設備[M].北京：中國水利水電出版社，1987：80.

Analysis on Design of Dewatering/Drainage System of Pumped Storage Power Plant

XIE Yonglan

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065,China)

The design of dewatering/drainage system of pumped storage power plant shall be safe and reliable as the unit of the pumped storage power plant is with the greater cover compared with that of the conventional unit. The design of the dewatering/drainage system of the pumped storage power plant is briefly demonstrated in consideration of both dewatering and drainage systems in this paper.Key words: pumped storage power plant; dewatering; drainage; dewatering/drainage system

1006—2610(2016)05—0073—03

2016-06-12

謝永蘭(1978- )，女，湖北省京山縣人,高級工程師，主要從事水電站設計工作.

TV743

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.018