抽水蓄能电站运行期输水系统放空排水技术

抽水蓄能电站运行期输水系统放空排水技术

王东锋张立田伟李广凯

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州310014

摘要：本文主要介绍了抽水蓄能电站运行期输水系统的放空排水及回充水技术要点，根据输水系统的不同衬砌形式、水头等，提出放空排水及回充水的方案步骤、充排水速率、安全监测要求，供其他抽蓄电站参考。

关键词：输水系统运行期放空排水回充水速率监测

1概况

抽水蓄能电站通常承担电网的调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务，在电网系统中体现灵活、快速的特点，因此运行期输水系统的检修放空环节，既要控制充排水速率以确保工程安全，又要规范充排水方案，并且尽量缩短充排水时间，确保电站的经济效益和社会效益。

目前国内外规范还没有关于输水系统充排水的条款要求。从以往的抽水蓄能电站充排水情况来看，各电站之间所采用的方案基本相同，主要是以具体工程的围岩地质条件为基础，根据输水系统的衬砌结构设计，提出充排水的程序、速率及稳压控制等要求。

2运行期排水总体要求

运行期输水系统的充排水，通常是结合电站机组定检或输水发电系统运行出现异常如渗漏量突然增大等情况时，对输水系统进行放空，并进行检查处理，以确保电站安全稳定运行。参考《压力钢管安全检测技术规程》DL/T709-1999的相关要求，对压力钢管的正常维护检查，一般在工程投运后5~10年内进行首次检查，往后则每隔10~15年进行一次中期检查。因此，输水系统的正常放空检查，也可参考这个频次进行。

运行期输水系统的放空检修，可根据电站的具体工作安排，分别对引水系统、尾水系统单独进行放空与检修。

3引水系统排水及回充水

3.1引水系统排水

运行期引水系统放空排水前，上库进/出水口闸门处于关闭状态。典型的排水方案与步骤如下：

第1步：下库水位高程以上引水系统内水体，通过上库充水泵（布置在主厂房内）旁通管→全厂公共供水总管→公共滤水器，排入尾水隧洞（尾闸下游侧）内，进而直接排至下库。引水隧洞的斜（竖）井内水位下降速率，要求混凝土衬砌不超过2~4m/h，钢衬不超过10m/h；平洞段排水速度则按照不超过1000m3/h来控制；引水隧洞混凝土衬砌洞段的内外水头差不大于100m。排水过程中，需通过调节上库充水泵出口的两只截流阀的开度，来控制引水系统的排水速率，并控制截流阀出口的压力不大于尾水管的设计压力值。

下库水位高程以上引水系统内水体的排水方式，也可通过打开球阀上游侧的压力钢管排水针阀，根据允许的斜井水位下降速率，将水排入尾水管内，进而排入下库。

上述两种排水方式均可行、可控，各电站可根据自身具体情况选择适宜的方式进行排水。

第2步：下库水位高程~引水斜井底部的水体排水方式：关闭对应的尾水事故闸门和充水泵出口阀门，打开球阀上游侧的压力钢管排水针阀，并打开相应的尾水管的检修排水管阀门，根据允许的斜井水位下降速率，开启相应抽水能力的排水泵抽水（注：检修排水泵在第一次开启前，需先打开其旁通阀进行水泵前后的平压）。

第3步：引水下平洞~尾水管底高程之间的引水下平段、岔管、支管及尾水支管内的水体排水方式（注：尾水管的检修排水管口以上保留1~2m水深）：维持尾水管的检修排水管阀门处于开启状态，由于不受排水速率的控制，因此可打开所有的检修排水泵进行连续抽水，缩短排水时间。

第4步：对尾水管的检修排水管口以上所保留的1~2m深水体，停止检修排水泵抽水，采用检修排水总管上的自流排水管排至厂房渗漏集水井内。

3.2引水系统回充水

引水系统回充水方式主要有两种：一是利用地下厂房内的充水泵（抽蓄电站一般都设置）对充水；二是利用上库进/出水口事故闸门的充水阀充水。从工程实际经验来看，充水阀对充水流量、速率控制难度相对较大，因此建议仍在此充水泵对引水系统进行充水，通过对应机组段公共滤水器→全厂公共供水总管→上库充水泵，向引水隧洞内充水。回充水至上库水位高程后，打开上库进/出水口闸门充水阀平压，并提起闸门，进入待运行状态。

3.3引水系统充排水速率

运行期，电站工程区整个山体的地下水渗流场已稳定，因此要求对引水系统的排水及回充水速率严格控制，尤其是防止斜（竖）井的排水速率过快，以免衬造成衬砌内外压差（外压大于内压）过大，对衬砌结构安全造成不利影响。通常可按照不同的衬砌型式（混凝土衬砌、钢衬）及不同排水高程分别采用不同的排水及回充水速率，

4尾水系统排水及回充水

4.1尾水系统排水

运行期尾水系统放空排水前，下库进/出水口闸门处于关闭状态。典型的排水方案与步骤如下：

第1步：尾水管的检修排水管口（位于尾水管底板）以上（注：检修排水管口以上保留1~2m水深）水体，通过检修排水管排至检修排水总管，并采用检修排水泵直接抽排。

第2步：对尾水管的检修排水管口以上所保留的1~2m深水体，停止检修排水泵抽水，采用检修排水总管上的自流排水管排至厂房渗漏集水井内。

尾水隧洞放空排水时，水位下降速率按不超过4m/h控制。尾水隧洞混凝土衬砌洞段的内外水头差不大于100m。

若根据放空检修工作安排，仅需对尾水事故闸门~尾水管之间的流道放空，则下闸关闭尾水事故闸门，排水方案及步骤同上，尾水流道排水速率一般以检修排水系统的抽排能力控制。

4.2尾水系统回充水

尾水系统回充水，通过下库进/出水口闸门的充水阀充水，充水前下库进/出水口闸门关闭。尾水隧洞纵剖面一般呈“一坡到底”或“平洞+短斜井”的布置方式，充水时尾水隧洞内水位上升速率按不超过10m/h控制，通过调节充水阀开度或间隔开启控制。尾水隧洞一次充满，一般不需要进行稳压。

若仅对尾水事故闸门~尾水管之间的流道回充水，则通过尾水事故闸门的旁通阀充水，充水速率按不大于1000m3/h控制。

5充排水监测

输水系统在放空排水、回充水过程中，应做好安全监测。参照相关规范的要求，并结合工程经验，提出以下控制标准作为参考。

（1）钢筋（含锚杆）应力监测：Ⅱ级钢筋按不大于钢筋允许应力300MPa控制，Ⅲ级钢筋按不大于钢筋允许应力360MPa控制。

（2）变形位移监测：变形速率按小于0.2mm/天控制，并呈逐渐减小趋势。

（3）渗透压力监测：根据各渗压计的布设位置不同，分别对各洞段的外水压力值进行测量，对钢筋混凝土衬砌洞段，控制外水压力-内水压力≤100m，对钢衬洞段，控制外水压力-内水压力≤钢板设计外水压力值。

（4）混凝土及钢衬应力监测：不超过材料的强度设计值（或许用应力值）。

（5）排水廊道渗漏监测：需根据一定监测周期确定参考值，主要是关注监测数据突变、水质变浑等、颗粒吸出等异常情况。

上述监测控制值仅作为参考，在实际监测过程中，应充分重视各监测数据的变化情况，如数据突变、变化速率增大等异常情况，通过对各类监测成果进行综合分析，对充排水过程及工程安全进行评价。

结语

输水系统充排水过程复杂，涉及土建、机电、金结、监测等多个方面。本文通过对若干个已投产的抽水蓄能电站运行期放空排水情况调研，总结、归纳具有普遍适应性的充排水技术要点，并对主要的控制要素、观测要求提出原则性的要求。由于工程个体之间存在差异，在实际操作过程中，需针对相应工程的自身特点，选择合适的充排水方案和控制标准。

作者简介：

王东锋：（1981-），男，江苏南通人，华东勘测设计研究院有限公司，高级工程师，从事水电站地下洞室工程设计，仙居抽水蓄能电站设计副总工程师。