张河湾抽水蓄能电站主厂房楼梯振动过大分析及处理

赵 钰，马保东，易长春，付国丽，高艳娜

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

0 引言

张河湾抽水蓄能电站位于河北省石家庄市井陉县测鱼镇附近的甘陶河干流上，距井陉县城公路里程45 km，距石家庄市公路里程77 km。该电站总装机容量为1 000 MW，安装4台单机容量250 MW的单级混流可逆式水泵水轮机组。电站枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统和地面出线场、下水库拦河坝及拦排沙工程等组成。电站建成后接入冀南电网，在系统中承担调峰、填谷、调频、调相及事故备用任务。

张河湾抽水蓄能电站机组投入运行以来，厂房楼板结构一直存在强烈的振动和噪声。

本文针对张河湾电站现场实际情况进行分析，望对其他抽蓄电站能有一定的参考意义。

1 原因分析

经专家现场调查认为：张河湾抽水蓄能电站厂房振动、噪声强烈程度比较高，对设备和结构安全存在很大的隐患。

2012年张河湾公司组织武汉大学和河海大学相关专家进行了关于厂房结构振动分析的研究，研究结果表明目前厂房强烈振动的振源是来自于蜗壳内频率为100 Hz的脉动水压力，脉动水压力一部分通过蜗壳直接向厂房传递；一部分通过水轮机主轴、顶盖向上传递给推力轴承机架，再传递给机墩风罩及厂房结构。经水科院在现场进行的测试可知，主机间楼梯共振剧烈，部分部位振级超出标准规定的建筑物振动安全限值，其中振动最厉害的母线层至水轮机层楼梯中间平台处振动强度已远远超出了GB 50706-2011《水利水电工程劳动安全与工业卫生设计规范》和GBZ 1-2002《工业企业设计卫生标准》规定的卫生限值。为保证此楼梯稳定和通行安全，需对其进行加固处理。

2 处理过程

2.1 加固工程施工方案

2.1.1 工艺流程

钢材复验→钢材矫正→放样号料→切割下料→组装成型→部件焊接→变形矫正→划线钻孔→喷砂除锈油漆→结构验收→提议安装→浇筑混凝土

2.1.2 钢板实施方案

楼梯两侧各层楼板之间，上游侧增设混凝土立柱，外包10 mm厚钢板，断面外轮廓尺寸400 mm×400 mm；上游侧立柱间楼梯平台板下设断面外轮廓尺寸300 mm×300 mm钢托梁，立柱外包钢板与钢托梁焊接，形成一个整体；立柱底部与楼板平台相接处为钢板，设加劲板，并采用φ28化学锚栓连接。下游侧将原有300 mm×300 mm钢筋混凝土柱加大断面至400 mm×400 mm，其形式同上游侧；加大后的立柱与楼板梁相接处，与上游侧立柱类似做法，同样采用φ28化学锚栓连接。所有钢板均须进行除锈处理，涂防锈底漆2遍，中间涂防火涂料（保证耐火极限≥1.0 h），表层涂防锈面漆1遍。

图1 钢板焊接安装成型

图2 钢板柱刷防锈漆完成

图3 钢板柱刷白漆完成

2.2 混凝土浇筑相关要求

（1）混凝土泵、料斗、串筒、振动器等机具设备按需要准备，并考虑发生故障修理时备用混凝土机具。所用的机具均应在浇筑前进行检查和试运转，同时配有专职技工，随时检修。浇筑前，必须查实混凝土所需要的设备及材料数量，每一个分区一次浇筑完，以免停工待料。

（2）保证水电及原材料的供应

本工程采用自拌混凝土，因现在气温很低，在混凝土拌置过程中添加防冻剂，在混凝土浇筑期间，要事先作好准备，保证水、电、照明不中断。为了防备临时停水、停电等，事先应在浇筑地点贮备一定数量的原材料、备用发电机组和拌合捣固用的工具，以防出现意外的施工停歇缝。

（3）掌握天气季节变化情况

加强气象预测预报的联系工作，在混凝土施工阶段应掌握天气变化情况，以保证混凝土连续浇筑的顺利进行，确保混凝土质量。

（4）检查模板、支架、钢筋和预埋件

1）模板的标高、位置与构件的截面尺寸是否与设计符合，构件的预留拱度是否正确。

2）所安装的支架是否稳定，支柱的支撑和模板的固定是否可靠。

3）模板的接缝是否紧密。

4）钢筋与预埋件的规程、数量、安装位置及构件接点连接焊缝是否与设计符合。

5）在浇筑混凝土前，模板内的垃圾、木片、刨花、锯屑、泥土和钢筋上的油污，鳞落的铁皮等杂物，应清除干净。

（5）木模板应浇水加以湿润，但不允许留有积水，湿润后，木模板中尚未胀密的缝隙应用嵌缝纸嵌塞，以防漏浆。

3 处理效果

通过对主厂房中间楼梯主体结构进行加固，在机组运行过程中，楼梯本体振动明显减小，楼梯处噪音也有明显改善。具体对比数据见表1、表2。

表1 楼梯加固之前振动、噪音数据

表2 楼梯加固之后振动、噪音数据

4 减振降噪措施

（1）在设备更换以前，协调电网调度，优化机组运行出力。

为了改善厂房内的噪音和振动环境，张河湾公司与电网调度积极沟通，通过科学安排机组开机方式，优化机组出力运行的方法，避开相邻机组同时满负荷发电运行，尽量不安排机组在250 MW高噪音、强振动的工况下运行。通过生产人员对近期的噪音振动数据对比，发现机组保持200 MW出力，能够有效降低厂房各部噪音和振动环境，从而减轻恶劣环境对人身和设备的危害，有效提高了设备运行稳定性。

（2）结合机组检修，更换转轮。

张河湾公司通过试验数据分析，初步判定为转轮设计存在缺陷。近年来，张河湾公司部分机组更换转轮后，主厂房振动噪声明显减小。

5 结语

水电工程地下厂房的建设应充分考虑设备运行对生产环境的影响。厂房振动会对厂房水工结构造成影响，也会对各种机械、电气设备带来影响。由于振动影响产生的噪音对人身的健康危害很大，地下厂房内的噪音往往难以散播出去，会在洞室内反射。故应尽量使用振动及噪音低的设备，同时还应采用有效的隔振、隔音措施。同时，地下厂房建设时，应积极寻求并落实合理的减振降噪措施，在设计、施工、运行和管理等方面，探索更为科学和有效的减振降噪方法。