清远抽水蓄能电站水道充水设施方案设计

肖段龙 张 巍

(广东省水利电力勘测设计研究院 广州 510170）

1 概述

清远抽水蓄能电站输水发电系统布置为一洞四机。在上库引水隧洞进出口段设闸门井 1座，孔口尺寸9.2m×9.2m（宽×高，下同），布置1扇事故闸门，闸门型式采用平面滑动门，利用水柱动水闭门，采用高扬程卷扬机操作。在下库的尾水隧洞进口段设闸门井 1座，孔口尺寸9.2m×9.2m，布置1扇检修闸门，闸门型式采用平面滑动门，静水启闭，采用高扬程卷扬机操作。

2 充水设施设计优化的缘由

惠州抽水蓄能电站每扇进出水口事故（检修）闸门顶主梁上设置两个DN500mm的平盖式充水阀，充水阀阀芯通过轴与吊梁连接，吊梁再与启闭闸门的固定卷扬式启闭机的动滑轮组连接，充水阀由固定卷扬式启闭机操作，吊梁还起到增加压重以利于阀的关闭的作用。在A厂上游水道第一次充水试验过程中发现，事故闸门上的充水阀出现关闭不严、漏水量大的情况。其主要原因是闸门井在闸门安装完后防护不严，导致有启闭机室及安全栏杆施工时废料、杂物散落到闸门顶部的充水阀周围，在打开充水阀时随水流进入充水阀，而初期充水阀的开度小、时间短，未能将废料、杂物完全冲走，从而导致充水阀有时关闭不严。

据此，在清远抽水蓄能电站设计中需对水道充水方案设计进行改进。

3 方案设计

方案设计考虑工程的统一性，方便以后管理与维护，上下库选用相同的充水设备。现对上下库充水设备进行初步选择比较，具体见表1。

表1 设计工况的选择

根据表1充水设备过流断面初选结果，上库充水设备过流断面面积比下库充水设备大，所以，现选择上库充水设备作为方案设计主体。

3.1 门顶上设置充水阀（方案1）

考虑到以往蓄能电站平盖式充水阀设置在事故/检修闸门的顶主梁上存在易受垃圾污物的卡阻，造成充水阀运行故障，存在隐患，影响充水效果。把平盖式充水阀设置在事故/检修闸门顶主梁以上 350mm的平台座上。充水阀以孔口中心线对称布置，充水阀阀芯与吊梁轴连接，吊梁再与启闭闸门的固定卷扬式启闭机的动滑轮组连接，充水阀由固定卷扬式启闭机操作开关。根据各种工况流量的要求充水阀采用DN250mm的平盖式。

本方案的优点是：避开了以往顶盖式充水阀容易被污物阻卡而漏水，关闭不严，导致严重影响充水过程；设备的运行不需要额外的动力，利用启闭机即可完成；设计布置简单、紧凑，运行维护简便。

本方案的缺点是：充水阀的控制是通过闸门启闭机钢丝绳的牵引来完成，由于安装误差、钢丝绳存在一定的弹性等，使得充水阀的开度难于精确控制，使流量控制无法做到精准测量。

3.2 检修闸门井段设置流量调节阀室（方案2）

在事故/检修闸门段右侧设置充水阀设备室，设备室底板高程为 576.1m，设备室内布置了进口检修闸阀、活塞式多功能控制阀、电磁流量计、出口检修闸阀等设备各2套，设备的安装高程为 577.0m，用来准确控制充水流量。操作人员控制多功能控制阀的开度，电磁流量计测量过流断面的流量，反馈到启闭机室流量显示仪上，操作人员可以直观的了解充水的实时流量，也可以让人员远程监视充水流量情况。

充水流量调节阀系统的进水口设置在事故/检修闸门孔口的侧墙上，高程为 571.5m，进口前段钢管为DN500mm，PN0.6MPa的不锈钢管。出口也设置在流道的侧墙上，出口段钢管为DN300mm，PN0.6MPa的不锈钢管。所有设备安装在高程577.0m位置，距离检修平台616.0m约39m，用1台20kN电动葫芦吊装，电动葫芦的扬程为 60m，安装在启闭机室的梁底下。充水工作阀采用2套直径为DN300mm的活塞式多功能阀。

充水阀等设备独立放置，需要在闸门井旁开挖一深井，衬砌厚 1.5m，与流道隔离开，深井净尺寸为 5.8m×2.2m×39m（长×宽×深）。同时，由于设备运行对周围环境的要求较高，所以考虑设备防护等级IP68。由于设备井深39m，当设备需要运行和检修时，必须先临时用深井泵排干设备室内的渗漏积水，同时需要用鼓风机对设备室通风，积水排干后，通风半小时，检修人员才能进入设备室安装、检修设备。

本方案的优点是：充水系统单独布置，与闸门、启闭机没有关系，充水设备的操作独立进行，而且设置了流量计作为充水流量的计量设备，使得操作人员能够直观的了解充水的过程、充水流量的大小，对流道的充水过程精确控制。设置了2套充水设备，即使在充水过程中有1套损坏也不影响充水工作。

本方案的缺点是：充水设备独立放置，在闸门井旁开挖一设备井，增加了建筑物与设备的投资。由于流道与山体存在一定的渗漏，设备检修时需要临时对设备井排水、通风。

4 充水设施方案比较

充水方案比较结果见表2

表2 方案比较列表

由表2可看知，方案1投资很少，结构简单实用，闸门顶梁格内的垃圾不会被水流吸入充水阀，充水阀与闸门结合使用，维护方便，但顶盖式充水阀存在小开度时控制难度大等问题。方案2充水流量大小可控，设备相对于闸门完全独立，充水阀不会发生关闭不严而漏水的现象，不会发生杂物卡阻。但是缺点是投资大，使用和维护时需要临时排水、通风才能进行，经济性较差。

经过对以上两种方案进行技术、经济比较，方案1性价比较高，推荐采用。

5 结语

（1）蓄能电站水道充水有充水量大、水头高、时间长、要控制水道内水压上升速度等特点。为增加充水阀的开度的可控制性，在满足充水流量的前提下充水阀的直径应选小一些。

（2）抬高充水阀，可使得杂物不易进入充水阀。但根据广州、惠州抽水蓄能电站的经验，在流道充水前还需派潜水员清理闸门顶部和闸门前方的垃圾，以保证闸门、充水阀正常工作。如：在清理杂物后，惠州抽水蓄能电站A厂上游水道第二次充水时，充水阀的操作开关动作准确，未再出现关闭不严，漏水等情况。

一个工程由设计开始，经过施工建设到投入运行管理，设计、施工的不足会不断的体现出来。这需要设计单位在原设计的基础上不断的总结成功之处与改进不足的地方，以不断提高设计水平。

1 广东清远抽水蓄能电站可行性研究报告.广东省水利电力勘测设计研究院.

2 惠州抽水蓄能电站可行性研究报告.广东省水利电力勘测设计研究院.