亭下水库提升预泄能力改造措施研究

康仕仁

（宁波原水有限公司亭下水库分公司,浙江 宁波 315501）

0 引言

确定合理的预泄水量和预泄方式是水库系统控制调度的核心要义[1]。亭下水库电站3#机组为一台装机功率0.32 MW的水轮发电机组,作为水库生态流量机组,其具有运行时间长、发电效率低、维护成本高、故障率高、生态流量持续保证率低等缺点。

由于亭下水库溢洪道高程以下缺少其他泄洪渠道,台汛期、梅汛期调节水库仅能通过水电站来达到预泄的目的,预泄能力稍显不足。随着公众对水环境、水景观的要求越来越高,水库下游对生态流量的需求也日益提高。为补充调节水库预泄能力,节省电站的维护成本,同时提高生态流量持续保证率,亭下水库管理站拟拆除电站3#机组,将其改造为放水阀直接对下游渠道放水,以确保水库安全,充分发挥水库原有的综合功能,更好地为区域社会经济稳定发展服务。

1 工程概况

1.1 水库构成

亭下水库总库容1.515 亿m3,电站装机容量2×2 MW+1×0.32 MW,多年平均发电量为1270 万kW·h,拦河坝坝型为混凝土重力坝,最大坝高76.50 m。工程为Ⅱ等工程,水库为大（2）型水库,电站为（2）型电站。主要建筑物拦河坝、泄洪闸、放空洞、发电引水系统进水口为2 级建筑物,发电引水系统、发电厂及升压站为3 级建筑物,施工临时建筑物为5 级建筑物。

1.2 机组现状

目前亭下水库建筑物主要由拦河坝（含泄水及放空建筑物）、发电引水建筑物、发电厂房及升压站等组成。发电引水系统设于14#坝段,进水口采用塔式面层取水结构,进口高程44.05 m,进口设4 扇钢丝网混凝土分层放水闸门,每扇闸门宽4.00 m,高4.00 m。分层放水门后设有1 扇宽3.00 m,高4.00 m的平板检修钢闸门。平板检修钢闸门后为内径3.5 m的发电引水管道,长52.60 m。坝外引水管采用钢管外包钢筋混凝土结构,通向发电厂。发电引水主管于发电厂前分出3 根支管,2 根DN1800 支管通向1#、2#机组,1 根DN800 支管通向3#机组。

电站厂区由发电厂主厂房、副厂房、升压站、尾水渠、进厂公路等组成,电站形式为地面引水式,升压站原为户外式,加固改造时改造为户内式。厂址处设计洪水位为37.13 m,校核洪水位为37.40 m,厂区地坪高程定为37.85 m。电站装机总容量4.32 MW,厂房建筑面积425 m2,1#、2#水轮发电机组装机容量均为2 MW,3#水轮发电机组装机容量为0.32 MW。

3#水轮发电机位于发电厂左侧的小发电机室内,发电机室长12.2 m,宽5.4 m,室内地面高程38.25 m,左侧与升压站相邻,右侧为主厂房,上游侧为35 kV开关站,下游侧为尾水渠通往泄洪渠。

2 机组改造设计方案

2.1 3#机组拆除

将原DN600 生态机组支管上的3#水轮发电机组拆除,包括水轮机、蜗壳、发电机、调速器等原机组附属设备,保留原DN600 埋地段进水钢管及DN600 进水阀,地面以上DN600进水钢管仅保留至法兰,供连接新钢管所用。

2.2 3#机组放水管改造

2.2.1 放水管管径比选

原3#机组拆除后,需要安装放水钢管接至泄洪渠排水。结合现场实际地形与亭下水库的需求,放水钢管管径从DN600、DN800、DN1000、DN1200中选择,综合比较成果见表1。

表1 放水管管径比较分析表

从表1 可以看出,DN1200 钢管的放水流量最大但投资最大,DN600 钢管的投资最小但放水流量最小,且出水流速过大；而DN1000 钢管与DN1200 钢管相比放水流量相差无几,出水流速适中,投资明显更小,性价比高,且放水流量达到不小于4 m3/s的预设值。从减少工程投资、运行安全稳定的角度考虑,放水管管径选择DN1000。

2.2.2 放水管改造布置

将原DN600 生态机组支管上的3#水轮发电机组拆除后,于原DN600 进水钢管处法兰连接DN600 钢管弯头接出厂房外墙,并于墙外安装一部DN600 超声波流量计,后通过渐变段连接DN1000 固定锥形阀与DN1000 放水钢管,沿原3#机组尾水明渠接至暗渠,明渠内新建C25F50 混凝土支墩支撑钢管。将原3#机组尾水暗渠起点处闸门拆除,DN1000 放水钢管于该闸门处下弯至暗渠底,沿暗渠接至泄洪渠内排水口,设计排水流量4.0 m3/s,暗渠段钢管设C25F50 外包混凝土,钢管出口设置C25F50 砼支墩。

新建DN600 钢管伸出厂房外墙4 m后设置一部DN600 超声波流量计,将测量数据实时显示于放水阀室（原3#发电机室）内的显示屏上。DN1000 钢管长约90 m,内径1 m,采用Q345R钢管,管壁厚度12 mm。另外,在新建DN600 超声波流量计后设置一根DN200 旁通管,对尾水明渠放水,为管理区生态水池供水,旁通管长2 m,采用不锈钢支架固定于DN600 钢管一侧,旁通管上设置一部DN200 手动闸阀。

2.3 焊缝检验

钢管在现场生产车间内进行整体组装和组焊,焊接成形后的各项尺寸应符合规范要求。

所有焊缝均应进行外观检查。钢管所有焊缝、法兰与钢管组合焊缝及现场拼接环缝均按一类焊缝进行检测,对所有T型缝、超声波检查有疑问的焊缝进行5%射线复验。

2.4 钢管防腐

（1）钢管表面预处理前应将铁锈、油污、积水、遗漏的焊渣和飞溅等附着物清除干净。

（2）所有钢管内壁和明管外壁经喷射或抛射除锈后,除锈等级应Sa2.5 级,表面粗糙度对常规防腐涂料应达到Rz40 μm ~70 μm ,对厚浆型重防腐涂料及金属热喷涂应达到Rz60 μm ~100 μm 。

（3）钢管与混凝土接触表面除锈等级应达到Sa1 级。

（4）钢管除锈后,应用干燥的压缩空气吹净,或用吸尘器清除灰尘,涂装前若发现钢板表面污染或反锈,应重新处理到原除锈等级。

（5）经除锈后的钢材表面宜在4 h内涂装,晴天和正常天气条件下,最长不应大于12 h。

（6）当空气中相对湿度大于85%,钢板表面温度低于大气露点以上3℃或高于60℃以及环境温度低于5℃时,均不得进行涂装。

（7）涂料方案见表2。

表2 涂料方案

2.5 水力机械

2.5.1 调流阀选择

由于原水轮机的进水管预埋在混凝土中,拆除的土建工作量大,因此仍然保持原有的DN600 钢管作为进水管,当进水管伸出混凝土后,通过变径管加大为DN1000 钢管沿至排水口。压力钢管的主要目的是增大水库预泄能力与补充生态流量,需要压力钢管的控制阀门具备调流调压的功能。调流阀下游侧接入原3#机组尾水渠,对泄洪渠排放。调流阀的运行情况见表3。

表3 调流阀前后压力情况

2.5.2 调流阀工作方式

工程的流量调节阀主要作用是直接放水,但为了兼顾非洪水期间的日常生态流量,仍然需要具备调流调压功能,通过超声波流量计的信号反馈,控制调流阀开度大小,以保障日常生态流量的稳定及提高水电站的经济效益。

2.5.3 调流阀辅助设备

为了满足调流阀的正常工作需求,同时结合现场厂房尺寸限制和进水管已预埋在混凝土的实际情况,考虑在调流阀上游侧安装1台DN600 超声波流量计,压力等级PN10。为了实现对调流阀及流量计的检修,需要在流量计上游安装1台DN600 检修蝶阀,由于原机组进水阀本次不拆除,因此可以不新增上游侧的检修阀。为了保证调流阀安装的便利性,调流阀需要配置DN1000 钢制传力伸缩节。为了满足管理区景观水池与下游乡村的供水要求,在调流阀上游侧设置一根DN200的旁通管,对下游放水。在岔管上设置一台DN200,PN10的闸阀。

3 结语

亭下水库电站3#机拆除改造为放水阀工程的主要任务是补充调节水库预泄能力,节省电站的维护成本,同时提高水资源利用率和生态流量持续保证率。工程实施后,其效益主要体现在保障亭下水库发挥其防洪、灌溉、供水、发电等功能,同时兼顾改善水环境,效益显著。本工程的实施可以确保水库能发挥其应有的功能且提高下游河道的生态环境。