华光潭水电站引水隧洞排空方案

应 平

（浙江浙能华光潭水力发电有限公司，浙江杭州，311322）

0 前言

引水式水电站因水库淹没损失少、工程量小、单位造价较低、且能有效提高水头，已经广泛应用于水电行业中。但引水隧洞放空后压力变化较大，容易发生坍塌、掉块等现象，给停役检修带来了较大的困难，所以对排水过程有极其严格的要求。2013年，华光潭水电站一级站引水隧洞排空工作严格按照本方案实施，顺利、安全完成。

1 工程概况

浙江华光潭一级水电站位于浙江省临安市分水江干流昌化江上游的巨溪，有2台30 MW水轮发电机组（额定水头186 m，额定流量18 m3/s）。一级水电站引水隧洞为圆形有压引水隧洞，由进水口、引水隧洞、调压井、竖井、压力钢管等组成，全长8 372.941 m。引水隧洞围岩以Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ类为主，断面为圆形，开挖洞径5.7 m，衬后洞径4.9 m，喷混凝土衬护后洞径5.46 m/5.4 m。根据地质条件及内水压力大小和结构功能，隧洞沿线选用了不同的衬砌形式（9种形式），部分洞段不衬砌。根据坡降不同共分两段：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%）。调压井距厂房约150 m，采用圆筒式结构。调压井后接竖井和钢筋混凝土岔管，岔管后接两条压力钢管接压力管道引入厂房，分别通过两台球阀与机组连接。

2 排水要求及方式

根据隧洞设计相关参数，要求隧洞排水时水位下降速度控制在2 m/h。一级站引水隧洞结构多样，各段隧洞不仅坡降不一致，内径也不同。在相同的水位控制要求下，需要分为5个阶段来排水，分别为：调压井段、引水隧洞Ⅰ段、引水隧洞Ⅱ段、竖井段、压力钢管段，具体如下：

（1）调压井段：一级引水隧洞进水口以上的排水（420～404.7 m）。

该段落差H=15.3m，隧洞半径：r=3.5m，水量：588 m3。

要求水位变化控制在2 m/h，则排水速率为0.02 m3/h。

考虑到一、二号机组存在导叶间隙漏水的情况，可采用一台或两台机组导叶间隙渗漏的方式进行排水。

（2）引水隧洞一段：一级引水隧洞进水口到隧洞变坡点的排水（404.7～385 m）。

图1 一级站引水隧洞及调压井示意图Fig.1 Schematic diagram of the diversion tunnel and the surge shaft

该段落差H=19.7m，坡比i=0.003，隧洞半径：r=2.45m。

该段隧洞长度：6 533.7 m，水量123 768 m3。

要求水位变化控制在2 m/h，则排水速率为3.49 m3/h。

可采用一台或两台机组空运的方式进行排水。

（3）引水隧洞二段：一级引水隧洞变坡点到竖井上沿的排水（385～340 m）。

该段落差H=45m，坡比，i=0.02，隧洞半径：r=2.45m。

该段隧洞长度：2 250 m，水量：42 407.66 m3。

要求水位变化控制在2 m/h，则排水速率为：0.53 m3/h。

可采用两台机组导叶间隙渗漏的方式进行排水，也可视情况开启机组蜗壳排水阀进行排水。

（4）竖井段：一级引水隧洞竖井段的排水（340～225.8 m）。

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

要求水位变化控制在2 m/h，则排水速率为：0.014 m3/h。

与调压井段类似，可采用一台或两台机组导叶间隙渗漏的方式进行排水。

（5）压力钢管段：一级引水隧洞压力钢管的排水（225.8～224.9 m）。

钢管长度L=760m，钢管半径：r=1.15m，水量：3 156 m3。

该区间段落差较小，大量积水无法自流流出，因此采用潜水泵抽水的方式进行排水。

3 排水方案

3.1 排水前注意事项

（1）一号主变及华联1121线运行。

（2）厂用400VⅠ段母线由一号厂变供电。

（3）一、二号机开关放试验位置，关闭一、二号机球阀。

表1 华光潭一级电站压力钢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、二号机压力钢管水压表更换为数字压力表（精度为0.001 MPa）。

（5）根据《运行规程》要求，填写事故闸门及检修闸门操作票。

（6）制定危险源预控措施，防止人身、设备责任事故。

（7）检查一级坝进水口闸门及检修闸门，确认密封正常。

（8）检查事故闸门和检修闸门高度仪指示与实际位置相对应，启闭机抱闸及钢丝绳完好，各转动部分无异物发卡，做好事故闸门及检修闸门全开位置标记。

3.2 压力钢管及引水隧洞停役操作

（1）关闭事故闸门，监视事故闸门全关，启闭机自动停止。

（2）关闭检修闸门，监视检修闸门全关，启闭机自动停止。

（3）拉开事故闸门、检修闸门各操作和控制电源开关，拉开事故闸门、检修闸门。动力柜交流电源开关，拆除下栓头引线，并在开关操作把手上挂“禁止合闸、有人工作”标示牌，做好防误动措施。

（4）开启二号机球阀，查看并记录当前压力钢管水压，以后每半个小时查看并记录压力钢管水压。

情况一：

如半小时内水压下降在0.01 MPa左右，则维持现状态进行排水，继续每半小时观察并记录水压。直至压力钢管水压下降速度大幅降低或钢管水压降至1.76 MPa。

情况二：

如半小时内蜗壳水压下降速度大于0.005 MPa，则关闭二号机球阀，投入工作密封，以间歇式投退球阀密封的方式进行排水，直至压力钢管水压下降速度大幅降低或钢管水压降至1.76 MPa。

（5）关闭一、二号机球阀（二号机密封退出）静置12 h，每1 h观察水压变化情况，并做好记录。

（6）开启二号机球阀，手动开启导叶至“空载开度”，监视机组空运正常。记录当前时间和钢管水压，监视水压缓慢下降。以后每隔一小时记录一次钢管水压，其中前两小时内每隔半小时比较前次所记录读数与当前读数，数值变化应在0.01 MPa左右。

情况一：

如水压变化率在要求范围内（0.02 MPa/h），则将调速器切自动，继续每小时记录钢管水压，直至钢管水压下降至1.57 MPa。

情况二：

如蜗壳水压下降速度过快（超过0.03 MPa/h），则将二号机停机，并汇报部门领导。

（7）关闭一、二号机球阀（二号机密封退出）静置12 h，每1 h观察水压变化情况，并做好记录。

（8）开启二号机球阀，调速器切手动，开启导叶至“空载开度”，监视机组空运正常。记录当前时间和钢管水压，监视水压缓慢下降。以后每隔一小时记录一次钢管水压，其中前两小时内每隔半小时比较前次所记录读数与当前读数，数值变化应在0.01 MPa左右。

情况一：

如水压变化率在要求范围内（0.02 MPa/h），则将调速器切自动，继续每小时记录钢管水压，直至钢管水压下降至1.12 MPa。

情况二：

如蜗壳水压下降速度过快（超过0.03 MPa/h），则将二号机停机，并汇报部门领导。

（9）二号机组停机，关闭一、二号机球阀（二号机密封退出），以后每半个小时查看并记录钢管水压，数值变化应在0.01 MPa左右。

情况一：

如水压变化率在要求范围内（0.02 MPa/h），则将调速器切自动，继续每小时记录钢管水压，直至钢管水压下降至0 MPa。

情况二：

如蜗壳水压下降速度过快（超过0.03 MPa/h），则投入二号机球阀密封，以间歇式投退球阀密封的方式进行排水，直至钢管水压下降至0 MPa。

（10）开启一、二号机球阀和一、二号机钢管及蜗壳排水阀排水，在尾水池放下潜水泵抽水，直至钢管和蜗壳水压指示下降为0 MPa。

（11）根据工作需要，抽干压力钢管内积水及一、二号机尾水。

4 结语

本次排水工作安全无事故，未发生隧洞掉块、坍塌等情况。整个排水过程严格按照排水方案进行，从关闭进水口闸门到抽干平洞钢管内积水，总计耗时114 h。排水期间运行人员每半小时对一、二号机机组的钢管压力及蜗壳水压进行抄录，分析数据变化，判断排水趋势。特别是排水过渡阶段，排水流量很不稳定，压力变化较大，必须加强监视直到排水流量重新稳定。实践说明，本引水隧洞排空方案可以有效实施并适时推广。

[1]吕有年.水工压力隧洞结构计算与岩石抗力系数问题[M].北京：中国水利水电出版社,2010.

[2]曹鹍.水轮机原理及水力设计[M].北京：清华大学出版社,1991.

[3]DL/T 751-2001,水轮发电机运行规程[S].