抽水蓄能电站排水系统设计分析

谢永兰

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)



抽水蓄能电站排水系统设计分析

谢永兰

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

抽水蓄能机组较常规机组埋深大，所以其排水系统的设计必须安全可靠，文章从检修排水和渗漏排水两大系统考虑，对抽水蓄能电站的排水系统设计作简要论述。

抽水蓄能电站;检修排水;渗漏排水；排水系统

0 前 言

为了适应中国新能源开发需要，近年来越来越多的抽水蓄能电站投入建设。一般而言抽水蓄能机组较常规机组埋深大，且随着人们对机组运行稳定性的重视程度增加，抽蓄机组埋深有日趋增加的态势；为确保电站安全，防止发生水淹厂房等重大安全事故，排水系统的设计必须合理、安全。

1 排水系统简介

抽蓄电站的排水系统，一般可分为检修排水系统和渗漏排水系统；对于大型水电厂两系统应分开设置[1]。

1.1 检修排水系统

检修排水系统是当水轮机或引水系统检修时，排除引水压力钢管、蜗壳、尾水管、尾水隧洞内积水；由于抽蓄电站一般尾水隧洞较长，尾水隧洞的排水系统可考虑临时设施或与机组检修排水系统一并考虑。本文中的检修排水系统主要用于机组检修时排除机组进水球阀和尾水闸门之间流道内的积水，以及检修期间闸门的漏水。

检修排水可采用直接排水或间接排水方式，如采用直接排水方式，排水泵房位置需设置在较低高程，泵房的排水、水泵的防潮等都需特别考虑；如采用间接排水方式，因抽蓄电站尾水位较高，排水系统的密封性难以保证，特别是很多抽蓄电站尾水位较抽蓄厂房顶还要高，集水井通气管如何设置是个难题，集水井和排水廊道的设计应考虑尾水反压问题。

根据NB/T 35035—2014 《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》 4.2.7 第1条规定[2]：“对于地下厂房或尾水位较高的水电厂宜采用直接排水方式”。对于抽蓄电站而言，一般都属尾水位较高的地下厂房，故推荐采用直接排水方式，如果厂房地形条件不允许，也可采用间接排水方式。

1.2 渗漏排水系统

厂内渗漏排水系统主要是排出地下厂房围岩渗水、机组顶盖及主轴密封漏水、技术供水系统中自流供水用户的冷却排水，如：SFC起动装置冷却排水、中压空压机冷却排水等以及厂内设备检修冲洗、钢管伸缩节渗漏和各部分供排水的阀门、管件渗漏排水等。

2 排水系统设计

2.1 排水系统路径选择

排水系统排水管出口可选路径如下：① 下游调压井;② 不检修机组的尾水管/尾水隧洞；③ 地下洞室的排水廊道(一般为顶层排水廊道，然后自流至厂外)；④ 下游水库；⑤ 有条件时，还可考虑自流排水方式。

有的抽蓄电站如广州二期抽水蓄能电站[3]、惠州抽水蓄能电站[4]、天荒坪抽水蓄能电站、陕西镇安抽蓄电站[5]，由于地形条件许可，在尾水管底部设有自流排水洞，机组过流部分、压力钢管、引水隧洞和尾水隧洞需要检修时，通过安装在机组尾水管上的机组检修排水阀和排水管将水排至主厂房自流排水洞，再排至河道。此种排水方式安全、可靠且节能，根据DL/T520—2005《抽水蓄能电站设计导则》9.7.5条规定：“集水井和排水廊道的水可用水泵排到下游调压井、下游水库或其它地方，有条件时，宜采用自流排水方式”。

自流排水洞不仅节约了水泵及泵站的相关费用，而且节省了厂用电及维修费用，只要自流排水洞排水通畅，电站运行安全可靠度将大大提高。当然，此种方式如果需设置的自流排水洞长度太长，还需与强排方式进行详细的技术经济比较；但是一般而言，如地质地形条件许可、自流洞长度合适还是推荐自流排水方式；如：天荒坪抽水蓄能电站所设的自流排水隧洞长达1 680 m[6],惠州、清远抽水蓄能电站自流排水洞长分别为4 406 m和4 790 m[7]；运行期间，电站地下洞室群渗水、生活及机组检修油污水经处理后，分别用钢管或直接自流排入自流排水洞，然后自流排向下库。以上电站的实际运行经验也验证了该方式运行维护简单、节能且可靠。

但是，大多数抽蓄电站由于地质地形条件所限，无设置自流排水洞的条件，就必须采用水泵强迫排水方式；不管采用直接排水或间接排水方式，排水路径均需进行技术、经济比较，对方案①～④可选路径从以下几个方面进行对比。

(1) 排水水量回收

除方案③无法回收外，其余方案均能回收排水水量，可保证上、下水库水量平衡。

(2) 尾水隧洞检修

方案③、④可不另行考虑尾水隧洞检修问题，其余方案均需另行考虑。

(3) 检修集水井通气(如采用间接排水方式)

方案①中扬水管出口高程一般高于设计洪水尾水位，集水井通气管可随排水管引至调压井；方案②、④只能在检修排水泵房中设置排气阀，虽然这种排气方式在供水管网上应用较多，但在大埋深的地下厂房集水井排气中尚未成功运用的先例，可能对电站的安全运行存在一定风险；方案③集水井通气管可随排水管引至顶部排水廊道。

(4) 水泵扬程

方案①、②、④中水泵扬程均受下库水位变化影响，且变幅较大；不利于水泵稳定运行；方案③中水泵扬程不受下库水位变化影响，且变幅较小，水泵基本都运行在额定工况附近，水泵效率和运行稳定性均较优。

(5) 管路布置

方案④管线较长，但管路布置较为简单；方案①、③管线略短，但管路布置最复杂；方案②管线最短，管路布置最简单。

湖北白莲河抽蓄电站(无尾调)检修排水系统采用间接排水方式[8]，在施工设计阶段，排水路径有两方案可选，即方案③和方案④；在综合考虑上述方面及土建施工难度和工程量等因素后，选择了方案③为最终方案，投运后运行状况良好。

2.2 排水系统设备选择

2.2.1 检修排水系统设备选择

本节内容主要针对的是强排系统的水泵而言。检修排水系统中[9-10]，如采用直接排水方式，一般选用卧式离心泵；如采用间接排水方式，一般采用深井泵。考虑到排完流道内积水后还需排除闸门漏水且漏水量不大，宜选用2台小泵专门用于排除闸门漏水。

(1) 水泵生产率计算

水泵生产率按所有水泵投入运行后4～6 h(如水道较长，排水时间也可放长至8～12 h)内排除流道内积水进行计算，排水泵的台数不宜少于2台，不设备用泵。

2台小泵的生产率按大于闸门漏水量进行选取，一台工作，一台备用。

(2) 水泵扬程计算

方案①、②、④水泵扬程按设计洪水位下机组检修考虑，对整个系统进行水力计算后最终确定。

方案③水泵扬程按扬水管排出高程、水力计算后确定。

2.2.2 渗漏排水系统设备选择

本节内容主要针对的是强排系统的水泵而言。

渗漏排水系统水泵一般选用深井泵。

(1) 水泵生产率计算

水泵生产率按集水井有效容积、渗漏水量和排水时间确定，集水井容积宜按30～60 min厂内总渗漏水量确定，有条件时宜适当加大，排水时间按20～30 min考虑。

工作泵的台数应按排水量确定，需设备用泵，备用泵的总排水量不宜少于工作泵总排水量的50%；当只设1 d工作泵时宜设置2台备用泵，备用泵的流量、扬程宜与工作泵相同。对于地下厂房而言，排水泵的设置应适当考虑裕量。

(2) 水泵扬程计算

方案①、②、④水泵扬程按最高尾水位与集水井最低水位之差加上管道水力损失确定；方案③水泵扬程按扬水管排出高程与集水井最低水位之差加上管道水力损失确定。

2.2.3 油水分离系统

由于在运行过程中透平油系统可能会有漏油，并进入渗漏排水系统；为了保证河水水质不受污染，须对含油污水进行油水分离。 一般会设置1个油水分离集水井和清水集水井；然后通过油水分离装置进行分离。分离装置的容量如何选择，目前尚无相关标准对此有明确的规定。各项目设计差异性较大，但是基本原则就是须保证排入河道内的水质安全。

3 结 语

(1) 如地形条件许可、自流排水长度经济合理，抽蓄电站排水系统宜采用自流排水方式。

(2) 检修排水宜采用直接排水方式，对应水泵宜采用卧式离心泵；渗漏排水系统水泵宜采用深井水泵。

(3) 如无自流排水的条件，排水路线需综合考虑；如无水量回收要求，推荐采用排至顶层排水廊道后自流排至厂外方式；如有水量回收要求且有尾水调压室，可排至尾水调压室尾水闸门后。

[1] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.抽水蓄能电站设计导则：DL/T5208-2005[S].北京：中国电力出版社，2005.

[2] 国家能源局.水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定：NB/T 35035-2014[S].北京：中国电力出版社，2014.

[3] 陈东，何文才.广蓄二期工程水力机械辅助系统设计[J].广东水利水电，2001(11):64-66.

[4] 吴新平.惠州抽水蓄能电站机组辅助设备系统设计特点[J].广东水利水电，2008(07)：59-62.

[5] 刘慧凤.陕西镇安抽水蓄能电站工程可行性研究报告(机电部分)[R].西安:西北勘测设计研究院有限公司，2013.

[6] 刘郁子,谭建梅.天荒坪抽水蓄能电站地下洞室群排水系统设计[J].水力发电，2001(06)：39-40.

[7] 中国水电顾问集团北京勘测设计研究院.抽水蓄能电站工程技术[M].北京：中国电力出版社，2008：325.

[8] 伍志军，吴滨.白莲河抽水蓄能电站排水系统研究[J].水力发电，2010(07)：53-54,62.

[9] 水电站机电手册编写组，水电站机电设计手册[M]，北京：水利电力出版社，1983：509.

[10] 范华秀.水力机组辅助设备[M].北京：中国水利水电出版社，1987：80.

Analysis on Design of Dewatering/Drainage System of Pumped Storage Power Plant

XIE Yonglan

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065,China)

The design of dewatering/drainage system of pumped storage power plant shall be safe and reliable as the unit of the pumped storage power plant is with the greater cover compared with that of the conventional unit. The design of the dewatering/drainage system of the pumped storage power plant is briefly demonstrated in consideration of both dewatering and drainage systems in this paper.Key words: pumped storage power plant; dewatering; drainage; dewatering/drainage system

1006—2610(2016)05—0073—03

2016-06-12

谢永兰(1978- )，女，湖北省京山县人,高级工程师，主要从事水电站设计工作.

TV743

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.05.018