應(yīng) 平

（浙江浙能華光潭水力發(fā)電有限公司，浙江杭州，311322）

0 前言

引水式水電站因水庫淹沒損失少、工程量小、單位造價(jià)較低、且能有效提高水頭，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水電行業(yè)中。但引水隧洞放空后壓力變化較大，容易發(fā)生坍塌、掉塊等現(xiàn)象，給停役檢修帶來了較大的困難，所以對(duì)排水過程有極其嚴(yán)格的要求。2013年，華光潭水電站一級(jí)站引水隧洞排空工作嚴(yán)格按照本方案實(shí)施，順利、安全完成。

1 工程概況

浙江華光潭一級(jí)水電站位于浙江省臨安市分水江干流昌化江上游的巨溪，有2臺(tái)30 MW水輪發(fā)電機(jī)組（額定水頭186 m，額定流量18 m3/s）。一級(jí)水電站引水隧洞為圓形有壓引水隧洞，由進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓井、豎井、壓力鋼管等組成，全長(zhǎng)8 372.941 m。引水隧洞圍巖以Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ類為主，斷面為圓形，開挖洞徑5.7 m，襯后洞徑4.9 m，噴混凝土襯護(hù)后洞徑5.46 m/5.4 m。根據(jù)地質(zhì)條件及內(nèi)水壓力大小和結(jié)構(gòu)功能，隧洞沿線選用了不同的襯砌形式（9種形式），部分洞段不襯砌。根據(jù)坡降不同共分兩段：引水隧洞Ⅰ段（落差17.25 m，坡降3‰）和引水隧洞Ⅱ段（落差45 m，坡降2%）。調(diào)壓井距廠房約150 m，采用圓筒式結(jié)構(gòu)。調(diào)壓井后接豎井和鋼筋混凝土岔管，岔管后接兩條壓力鋼管接壓力管道引入廠房，分別通過兩臺(tái)球閥與機(jī)組連接。

2 排水要求及方式

根據(jù)隧洞設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，要求隧洞排水時(shí)水位下降速度控制在2 m/h。一級(jí)站引水隧洞結(jié)構(gòu)多樣，各段隧洞不僅坡降不一致，內(nèi)徑也不同。在相同的水位控制要求下，需要分為5個(gè)階段來排水，分別為：調(diào)壓井段、引水隧洞Ⅰ段、引水隧洞Ⅱ段、豎井段、壓力鋼管段，具體如下：

（1）調(diào)壓井段：一級(jí)引水隧洞進(jìn)水口以上的排水（420～404.7 m）。

該段落差H=15.3m，隧洞半徑：r=3.5m，水量：588 m3。

要求水位變化控制在2 m/h，則排水速率為0.02 m3/h。

考慮到一、二號(hào)機(jī)組存在導(dǎo)葉間隙漏水的情況，可采用一臺(tái)或兩臺(tái)機(jī)組導(dǎo)葉間隙滲漏的方式進(jìn)行排水。

（2）引水隧洞一段：一級(jí)引水隧洞進(jìn)水口到隧洞變坡點(diǎn)的排水（404.7～385 m）。

圖1 一級(jí)站引水隧洞及調(diào)壓井示意圖Fig.1 Schematic diagram of the diversion tunnel and the surge shaft

該段落差H=19.7m，坡比i=0.003，隧洞半徑：r=2.45m。

該段隧洞長(zhǎng)度：6 533.7 m，水量123 768 m3。

要求水位變化控制在2 m/h，則排水速率為3.49 m3/h。

可采用一臺(tái)或兩臺(tái)機(jī)組空運(yùn)的方式進(jìn)行排水。

（3）引水隧洞二段：一級(jí)引水隧洞變坡點(diǎn)到豎井上沿的排水（385～340 m）。

該段落差H=45m，坡比，i=0.02，隧洞半徑：r=2.45m。

該段隧洞長(zhǎng)度：2 250 m，水量：42 407.66 m3。

要求水位變化控制在2 m/h，則排水速率為：0.53 m3/h。

可采用兩臺(tái)機(jī)組導(dǎo)葉間隙滲漏的方式進(jìn)行排水，也可視情況開啟機(jī)組蝸殼排水閥進(jìn)行排水。

（4）豎井段：一級(jí)引水隧洞豎井段的排水（340～225.8 m）。

該段落差H=114.2m，隧洞半徑：r=2.85m，水量：2 912.63 m3。

要求水位變化控制在2 m/h，則排水速率為：0.014 m3/h。

與調(diào)壓井段類似，可采用一臺(tái)或兩臺(tái)機(jī)組導(dǎo)葉間隙滲漏的方式進(jìn)行排水。

（5）壓力鋼管段：一級(jí)引水隧洞壓力鋼管的排水（225.8～224.9 m）。

鋼管長(zhǎng)度L=760m，鋼管半徑：r=1.15m，水量：3 156 m3。

該區(qū)間段落差較小，大量積水無法自流流出，因此采用潛水泵抽水的方式進(jìn)行排水。

3 排水方案

3.1 排水前注意事項(xiàng)

（1）一號(hào)主變及華聯(lián)1121線運(yùn)行。

（2）廠用400VⅠ段母線由一號(hào)廠變供電。

（3）一、二號(hào)機(jī)開關(guān)放試驗(yàn)位置，關(guān)閉一、二號(hào)機(jī)球閥。

表1 華光潭一級(jí)電站壓力鋼管及引水隧洞各段排水量及排水速率要求Table 1 Requirements on the discharge flow and the flow velocity for different sections of the penstock and diversion tunnel

（4）一、二號(hào)機(jī)壓力鋼管水壓表更換為數(shù)字壓力表（精度為0.001 MPa）。

（5）根據(jù)《運(yùn)行規(guī)程》要求，填寫事故閘門及檢修閘門操作票。

（6）制定危險(xiǎn)源預(yù)控措施，防止人身、設(shè)備責(zé)任事故。

（7）檢查一級(jí)壩進(jìn)水口閘門及檢修閘門，確認(rèn)密封正常。

（8）檢查事故閘門和檢修閘門高度儀指示與實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，啟閉機(jī)抱閘及鋼絲繩完好，各轉(zhuǎn)動(dòng)部分無異物發(fā)卡，做好事故閘門及檢修閘門全開位置標(biāo)記。

3.2 壓力鋼管及引水隧洞停役操作

（1）關(guān)閉事故閘門，監(jiān)視事故閘門全關(guān)，啟閉機(jī)自動(dòng)停止。

（2）關(guān)閉檢修閘門，監(jiān)視檢修閘門全關(guān)，啟閉機(jī)自動(dòng)停止。

（3）拉開事故閘門、檢修閘門各操作和控制電源開關(guān)，拉開事故閘門、檢修閘門。動(dòng)力柜交流電源開關(guān)，拆除下栓頭引線，并在開關(guān)操作把手上掛“禁止合閘、有人工作”標(biāo)示牌，做好防誤動(dòng)措施。

（4）開啟二號(hào)機(jī)球閥，查看并記錄當(dāng)前壓力鋼管水壓，以后每半個(gè)小時(shí)查看并記錄壓力鋼管水壓。

情況一：

如半小時(shí)內(nèi)水壓下降在0.01 MPa左右，則維持現(xiàn)狀態(tài)進(jìn)行排水，繼續(xù)每半小時(shí)觀察并記錄水壓。直至壓力鋼管水壓下降速度大幅降低或鋼管水壓降至1.76 MPa。

情況二：

如半小時(shí)內(nèi)蝸殼水壓下降速度大于0.005 MPa，則關(guān)閉二號(hào)機(jī)球閥，投入工作密封，以間歇式投退球閥密封的方式進(jìn)行排水，直至壓力鋼管水壓下降速度大幅降低或鋼管水壓降至1.76 MPa。

（5）關(guān)閉一、二號(hào)機(jī)球閥（二號(hào)機(jī)密封退出）靜置12 h，每1 h觀察水壓變化情況，并做好記錄。

（6）開啟二號(hào)機(jī)球閥，手動(dòng)開啟導(dǎo)葉至“空載開度”，監(jiān)視機(jī)組空運(yùn)正常。記錄當(dāng)前時(shí)間和鋼管水壓，監(jiān)視水壓緩慢下降。以后每隔一小時(shí)記錄一次鋼管水壓，其中前兩小時(shí)內(nèi)每隔半小時(shí)比較前次所記錄讀數(shù)與當(dāng)前讀數(shù)，數(shù)值變化應(yīng)在0.01 MPa左右。

情況一：

如水壓變化率在要求范圍內(nèi)（0.02 MPa/h），則將調(diào)速器切自動(dòng)，繼續(xù)每小時(shí)記錄鋼管水壓，直至鋼管水壓下降至1.57 MPa。

情況二：

如蝸殼水壓下降速度過快（超過0.03 MPa/h），則將二號(hào)機(jī)停機(jī)，并匯報(bào)部門領(lǐng)導(dǎo)。

（7）關(guān)閉一、二號(hào)機(jī)球閥（二號(hào)機(jī)密封退出）靜置12 h，每1 h觀察水壓變化情況，并做好記錄。

（8）開啟二號(hào)機(jī)球閥，調(diào)速器切手動(dòng)，開啟導(dǎo)葉至“空載開度”，監(jiān)視機(jī)組空運(yùn)正常。記錄當(dāng)前時(shí)間和鋼管水壓，監(jiān)視水壓緩慢下降。以后每隔一小時(shí)記錄一次鋼管水壓，其中前兩小時(shí)內(nèi)每隔半小時(shí)比較前次所記錄讀數(shù)與當(dāng)前讀數(shù)，數(shù)值變化應(yīng)在0.01 MPa左右。

情況一：

如水壓變化率在要求范圍內(nèi)（0.02 MPa/h），則將調(diào)速器切自動(dòng)，繼續(xù)每小時(shí)記錄鋼管水壓，直至鋼管水壓下降至1.12 MPa。

情況二：

如蝸殼水壓下降速度過快（超過0.03 MPa/h），則將二號(hào)機(jī)停機(jī)，并匯報(bào)部門領(lǐng)導(dǎo)。

（9）二號(hào)機(jī)組停機(jī)，關(guān)閉一、二號(hào)機(jī)球閥（二號(hào)機(jī)密封退出），以后每半個(gè)小時(shí)查看并記錄鋼管水壓，數(shù)值變化應(yīng)在0.01 MPa左右。

情況一：

如水壓變化率在要求范圍內(nèi)（0.02 MPa/h），則將調(diào)速器切自動(dòng)，繼續(xù)每小時(shí)記錄鋼管水壓，直至鋼管水壓下降至0 MPa。

情況二：

如蝸殼水壓下降速度過快（超過0.03 MPa/h），則投入二號(hào)機(jī)球閥密封，以間歇式投退球閥密封的方式進(jìn)行排水，直至鋼管水壓下降至0 MPa。

（10）開啟一、二號(hào)機(jī)球閥和一、二號(hào)機(jī)鋼管及蝸殼排水閥排水，在尾水池放下潛水泵抽水，直至鋼管和蝸殼水壓指示下降為0 MPa。

（11）根據(jù)工作需要，抽干壓力鋼管內(nèi)積水及一、二號(hào)機(jī)尾水。

4 結(jié)語

本次排水工作安全無事故，未發(fā)生隧洞掉塊、坍塌等情況。整個(gè)排水過程嚴(yán)格按照排水方案進(jìn)行，從關(guān)閉進(jìn)水口閘門到抽干平洞鋼管內(nèi)積水，總計(jì)耗時(shí)114 h。排水期間運(yùn)行人員每半小時(shí)對(duì)一、二號(hào)機(jī)機(jī)組的鋼管壓力及蝸殼水壓進(jìn)行抄錄，分析數(shù)據(jù)變化，判斷排水趨勢(shì)。特別是排水過渡階段，排水流量很不穩(wěn)定，壓力變化較大，必須加強(qiáng)監(jiān)視直到排水流量重新穩(wěn)定。實(shí)踐說明，本引水隧洞排空方案可以有效實(shí)施并適時(shí)推廣。

[1]呂有年.水工壓力隧洞結(jié)構(gòu)計(jì)算與巖石抗力系數(shù)問題[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2010.

[2]曹鹍.水輪機(jī)原理及水力設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社,1991.

[3]DL/T 751-2001,水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程[S].