西藏DG水電站環(huán)保智能排水系統(tǒng)設(shè)計

錢 瑭，周 毅，丁麗香

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)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(qū)境內(nèi)，是YLZBJ 中游河段規(guī)劃8級開發(fā)的第2 級電站，上游為規(guī)劃開發(fā)的BY 水電站，下游為規(guī)劃開發(fā)的JX 水電站和已建的ZM 水電站，電站總裝機(jī)容量為660 MW。其廠房布置型式為壩后式地面廠房，廠房內(nèi)共裝設(shè)4臺單機(jī)165 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組。

本電站廠內(nèi)排水系統(tǒng)分為機(jī)組檢修排水系統(tǒng)和廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)二部分。排水系統(tǒng)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(yán)格的環(huán)保要求，本電站將廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)分為無油滲漏排水和含油污水排水二個系統(tǒng)，無油滲漏集水井和含油污水集水井相互獨(dú)立，分別設(shè)于廠房不同部位。含油污水經(jīng)過處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后還可用于綠化灌溉。作為西藏目前在建單機(jī)容量最大、同時也是海拔最高的電站，其所處環(huán)境遠(yuǎn)比內(nèi)地平原地區(qū)惡劣，了解其排水系統(tǒng)的設(shè)計過程，對今后YLZBJ 中下游水電站規(guī)劃和開發(fā)，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 機(jī)組檢修排水系統(tǒng)

機(jī)組檢修排水系統(tǒng)主要是為了機(jī)組檢修時，及時排除壓力鋼管、蝸殼、尾水管內(nèi)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(shè)備布置高程高，設(shè)備運(yùn)行條件好，本電站機(jī)組檢修排水采用間接排水方式。

在每臺機(jī)組尾水管底部的兩側(cè)，均設(shè)置一只DN600 mm 的盤型閥，與檢修排水廊道相連；在每臺機(jī)的蝸殼底部設(shè)置一只DN500 mm 不銹鋼球閥，與尾水管相連。機(jī)組檢修時，打開不銹鋼球閥和盤型閥，將流道內(nèi)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(jī)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(zhuǎn)輪室內(nèi)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(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范及類似工程經(jīng)驗，上下游閘門的單位長度漏水量取值為1 L/ms，經(jīng)計算，上、下游閘門的總漏水量約為330 m3/h。機(jī)組檢修排水時間按4.0 h 左右考慮，所需的水泵總?cè)萘考s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(yōu)化水泵運(yùn)行范圍，檢修排水泵的排水管出口高程適當(dāng)抬高，布置在機(jī)組滿發(fā)尾水以上、設(shè)計洪水位以下，額定揚(yáng)程約為58 m。

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

根據(jù)《水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（NBT35035-2014），集水井的容積應(yīng)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(guī)范要求?？紤]到集水井的清淤要求，備兩臺移動式潛污泵，全廠排水系統(tǒng)共用。

機(jī)組檢修排水系統(tǒng)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(nèi)生活供水總管。機(jī)組檢修排水初期，由手動控制3臺水泵同時工作，當(dāng)尾水管內(nèi)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(nèi)，裝設(shè)有浮球液位開關(guān)和潛水式液位變送器各一套，用于對深井泵的運(yùn)行控制和檢修集水井內(nèi)的水位監(jiān)視。由于檢修集水井頂板高程位于1臺機(jī)組運(yùn)行水位以下，為防止機(jī)組檢修時水淹廠房，將檢修集水井的進(jìn)人孔及吊物孔設(shè)計為密封形式，并在集水井內(nèi)設(shè)引至廠房下游尾水平臺以上的通氣管。機(jī)組檢修排水系統(tǒng)圖見圖1。

2 廠內(nèi)無油滲漏排水系統(tǒng)

廠內(nèi)無油滲漏排水系統(tǒng)，主要用于排除廠房內(nèi)水工建筑物各部位的滲漏水、水輪機(jī)滲漏水（不包括機(jī)坑自流排水、空壓機(jī)室地面排水、透平油處理室地面排水等含油污水）、發(fā)電機(jī)機(jī)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(nèi)滲漏集水井，然后通過滲漏排水泵排至下游尾水河道。

根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)專業(yè)提供的資料，廠房內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)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(jù)水泵生產(chǎn)廠家的建議和部分大型水電廠的實際運(yùn)行經(jīng)驗，適當(dāng)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(wěn)定運(yùn)行，從而延長滲漏排水泵尤其是電機(jī)的使用壽命。因此，在不增加相關(guān)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(jù)《水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（NBT35035-2014）的規(guī)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(yáng)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(fā)水位計算的水泵揚(yáng)程較低，但此工況水泵運(yùn)行時間較長，為優(yōu)化水泵運(yùn)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(yáng)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(yáng)程54 m。同樣考慮到高海拔電機(jī)降容效應(yīng)，建議電機(jī)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(shè)置2 根DN400 無油滲漏排水總管，用于收集廠房結(jié)構(gòu)和機(jī)組的滲漏水。在廠房滲漏集水井內(nèi)，裝設(shè)有浮球液位開關(guān)和潛水式液位變送器各一套，用于對深井泵的運(yùn)行控制和滲漏集水井內(nèi)的水位監(jiān)視。廠房無油滲漏排水系統(tǒng)圖見圖2。

3 廠內(nèi)含油污水排水系統(tǒng)

鑒于近年來日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，并綜合參照我院承擔(dān)設(shè)計的龍開口、苗尾等電站的成功運(yùn)行經(jīng)驗，DG 電站將無油滲漏排水系統(tǒng)和含油污水排水系統(tǒng)分開設(shè)置（滲漏集水井和含油污水集水井相互獨(dú)立，分別設(shè)于廠房不同部位）。

廠內(nèi)含油污水排水系統(tǒng)，主要用于排除機(jī)坑自流排水、空壓機(jī)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(nèi)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(jīng)油水分離處理后排放。

在機(jī)組頂蓋配置2臺潛污泵，正常情況下，潛水泵根據(jù)水位自動運(yùn)行，將機(jī)坑積水直接排至廠外油混水收集池。機(jī)坑內(nèi)還設(shè)有2根DN150的自流排水管，當(dāng)潛污泵出現(xiàn)故障水位升高，則機(jī)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(jìn)行處理，合格后方可用于灌溉系統(tǒng)。

根據(jù)主機(jī)廠提供的《泵板及主軸密封漏水量計算稿》，在下游設(shè)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(jī)坑自流排水管排走。因此，本電站廠內(nèi)含油污水排水量詳見表1。

廠內(nèi)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(yùn)行的機(jī)組數(shù)量。本電站廠內(nèi)含油污水系統(tǒng)主軸密封來水量按4 臺機(jī)組同時運(yùn)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(yáng)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(jīng)計算水泵的額定揚(yáng)程約30 m。根據(jù)電站特點(diǎn)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(yáng)程為32 m，建議電機(jī)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(nèi)含油污水集水井邊。在廠內(nèi)含油污水集水井內(nèi)，裝設(shè)有浮球液位開關(guān)和潛水式液位變送器各一套，用于對離心泵的運(yùn)行控制和廠內(nèi)含油污水集水井內(nèi)的水位監(jiān)視。全廠設(shè)2根DN350的含油污水排水總管，接至集水井。廠內(nèi)含油污水排水系統(tǒng)圖見圖3。

圖3 廠內(nèi)含油污水排水系統(tǒng)Fig.3 Diagram of oily sewage drainage system

4 布置特點(diǎn)

作為西藏目前在建海拔最高的壩后式電站，其所處環(huán)境特點(diǎn)為氧氣稀薄、紫外線強(qiáng)烈、早晚溫差大、冬季氣溫極低，根據(jù)氣象資料統(tǒng)計，該地區(qū)冬季極端最低氣溫達(dá)到了-16.6 ℃，對設(shè)備的運(yùn)行及維護(hù)都是極大的考驗。鑒于這一特殊的氣候條件，在設(shè)計階段，除了將大部分排水管路設(shè)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(qū)域設(shè)置了防凍排水管，即在管網(wǎng)最低點(diǎn)設(shè)置旁通管和常閉閥門，在排水系統(tǒng)長時間停用前，手動打開閥門，將管網(wǎng)低處的積水排空，以防管道內(nèi)的積水結(jié)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(wǎng)沿線設(shè)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(wǎng)的溫度、流量、壓力等運(yùn)行參數(shù)，一旦出現(xiàn)異常則自動發(fā)出報警，運(yùn)維人員可根據(jù)信號等級及重要程度采取相應(yīng)的停機(jī)、檢修、維護(hù)等措施，以保證設(shè)備和管路的安全，實現(xiàn)了排水系統(tǒng)運(yùn)維的智能化。

考慮到本電站汛期過機(jī)泥沙含量較大，在檢修集水井和滲漏集水井內(nèi)還設(shè)有相互沖淤的管路，其沖淤水源引自排水泵排水管，當(dāng)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(xiàn)檢修集水井的沖淤；同理，當(dāng)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(xiàn)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(jié) 語

西藏地區(qū)水電站所處環(huán)境的特殊性，導(dǎo)致其設(shè)計過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于內(nèi)地，而排水系統(tǒng)作為廠房內(nèi)重要的輔助設(shè)備系統(tǒng)，其成功與否影響著電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本電站將機(jī)組檢修排水系統(tǒng)、廠房無油滲漏排水系統(tǒng)和廠內(nèi)含油污水排水系統(tǒng)分開設(shè)置，并且都設(shè)置了備用水泵，保證了排水系統(tǒng)的可靠性，也滿足了環(huán)保要求［3，4］?？紤]到冬季極端氣候，設(shè)置了防凍排水管。檢修集水井和滲漏集水井設(shè)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(jī)均考慮了高海拔降容效應(yīng)，保證了水泵的生產(chǎn)能力。排水系統(tǒng)設(shè)備與廠內(nèi)在線監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)了運(yùn)維的自動化，使后續(xù)建造智能電廠成為可能。

綜上所述，本電站排水系統(tǒng)的設(shè)計不僅滿足電站安全生產(chǎn)的要求，又緊密結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的特點(diǎn)，充分考慮運(yùn)行維護(hù)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(shè)計提供參考。 □