干河泵站供排水系统主要技术特点.pdf

第 5 1 卷第 5期 2 0 1 5年 5 月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GA NS U WA T ER RE S OU RC E S A ND HY D ROP OW E R TE C HN 0L OGY V o 1 ． 5 1 ． N o ． 5 Ma y， 2 01 5 设计与研究 干河泵站供排水系统主要技术特点 闫黎黎 ， 邢海仙 ， 郭建平 ( 云南省水利水电勘 测设计研究院， 云南昆明 6 5 0 0 5 1 ) 摘要： 针对干河泵站地下厂房及泵组设备供排水要求， 结合工程枢纽布置和外部供排水条件， 选择了与常规电站及 泵站不 同的供排水方式及设备配置方案 ， 可为大型泵站的供排 水 系统设 计提供借 鉴。 关键词： 地下泵站； 技术供水； 渗漏排水； 供排水方式 中图分类号： T V 6 7 4 文献标志码： B 文章编号： 2 0 9 5 — 0 1 4 4 ( 2 0 1 5 ) 0 5 — 0 0 5 9 — 0 3 1 前 言 国内大中型电站供水系统主要根据设备用水要 求及 电站水头来确定供水方式 ， 广泛采用 的供水方 式有 自流供水 、 自流减压供水 ， 水泵供水 ， 水源取 自 水库 、 压力管道 、 电站尾水及外水源等 ； 针对一些 电 站河水泥沙含量大或杂质多不能满足设备水质条件 时 ， 采用水泵密闭循环供水方式可 以解决技术水质 问题 。然而对于大型地下泵站 ， 常规的供水方式 已 不适用。对于厂房渗漏排水系统 ， 目前 国内主要 以 长轴深井泵排水为主流 ， 是否能选择更为安全运行 可靠的设备也是值得探讨的问题。 云南省牛栏江一 滇池补水工程干河泵站装机容 量 9 0 MW。 共 4台泵组 ． 水泵 配套 电动机单机功率 2 2 ． 5 MW， 泵站设计流量 7 ． 6 7 m 3 ／ s ， 最高扬程 2 3 3 ． 2 m， 设计扬程 2 2 1 ． 2 m， 最低扬程 1 8 7 ． 4 m， 扬程变幅范围 4 5 ． 8 m。泵站枢纽 由上游水库( 进水池 ) 、 进水隧洞 、 调压井 、 进水主管 、 地下泵站系统 、 出水竖井和管道 、 地面出水池等组成 。进库最低水位 1 7 5 2 ． 0 m， 正常 水位 l 7 9 0 ． 0 m： 出水池设计水位 1 9 7 6 ． 8 m， 水泵安 装高程 1 7 2 5 ． 0 m。从工程枢纽布置可知 ， 厂房最大 埋深约 1 5 0 m． 泵站主厂房正好处在“ U” 形引出水系 统 的最底部 ． 全部处在水库水位以下 ， 其中厂房阀室 集水井底板高程 l 7 1 0 ． 1 m， 位于水库水位 以下 4 2 ～ 8 0 m。 基于本工程主泵房及主要设备所处位置， 常规 的技术供水模式 已不能满足使用要求 ， 泵站地下枢 纽及附属洞群部分的排水安全显得尤为重要。 本 文针 对干 河地 下泵站 所处 位置 的特 殊性 和不 利条件 。 对泵组技术供水及厂房排水 系统方 案进行 了综合分析和比较 ， 提出了结合本工程特点 、 难点的 技术方案和措施。 2技术 供水 系统 方案 2 ． 1 供水对 象 、 水量及 水压 要求 干河泵站技术供水系统分地下泵组技术供水及 地面变频调速装置技术供水两部分 ．本文重点论述 地下泵站泵组技术供水部分。 泵组技术供水系统主要供水对象为电动机推力 轴承油冷却器 、 上导轴承油冷却器 、 空气冷却器 、 下 导轴承油冷却器 、水泵导轴承油冷却器和主轴工作 密封的用水 ， 根据制造商提供的数据 ， 单台机组总需 水量约 3 0 0m3 ／ h 。 常规机组各类 冷却 器水压要求为 一般 为 0 ． 2 0 ． 4 MP a ， 由于 4台泵组布置于 1 7 2 5 m安装高程处 ， 水泵进水侧水位 ( 库水位) 高 出水泵 2 7 6 5 m。 出水 侧 出水池水位高出水泵 2 5 1 ． 8 m，对于水泵而言 ． 在 正常运行工况， 水泵的进出水侧均为正压状态 ， 从流 道系统看没有正常的技术排水通道。鉴于厂房 已处 在整个“ U” 水力系统 的最低位置 ， 从厂房安全等 因 素考虑 ． 不允许将机组冷却水排致厂房集水井 ． 唯一 的机组技术排水通道只能选择水泵进水侧一端 ， 为 此要求机组冷却器出口水压不能低于 0 ． 7 MP a 。 2 _ 2 机组冷却器技术供水方案选择 基 于上述 特殊 供水 条件 ，采用 常 规 的技 术供 水 方案很难满足本项 目设备技术供水要求的。设计单 位经过多方案 比较，必选了两种可行的技术供水方 式 。方式一为单元 自流减压供水方案 ，方式二为单 元水泵加压方案 ， 两种方案 比较如图 1 、 图 2所示。 方式一 ， 自流减压供水方式 ( 图 1 ) ： 水源取 自主 泵 出水侧管 道 ，系利用水 泵 出口压力( 1 ． 8 9 2 ． 3 3 MP a )自流减压后供水至各供水对象后排至主泵进 水侧 ， 该方案的优点是供水系统简洁 ， 投资较省 ， 但 收稿 日期 ： 2 0 1 5 — 0 5 — 1 1 作者简介： 闫黎黎( 1 9 8 2 一 ) ， 女， 傣族， 云南普洱人， 工程师 ， 主要从事水力机械设计。E - m a i l ： y l l z w s @1 2 6 ． C O rn 59 2 0 1 5年第 5期 甘肃水利水 电技术 第 5 1 卷 图 1 单元自流减压供水方 案 图 2 单元水泵加压供水方案 阀 阀 缺点也很突出， 首先是压差 比较大， 特别在水库低水 位 高扬 程段 ． 减压 阀进 出 口压 差 高达 1 9 8 m， 造成 能 量浪费 ， 且增加主泵功耗 。 不符合节能减排 的原则 ： 其次 受主泵进 水侧 变幅达 0 ． 3 1 — 0 ． 6 9 MP a水压 顶 托 ， 为满足冷却器进出15 1 压力的合理匹配 ， 减压阀出 口压力 须 根据 库水 位 变化 随 时 调整 。 给运 行 管理 带 来极大不便。另外该方案在泵站第一台机组启动前 必 须具备 出水 侧压 力管道 充满 水形 成压力 才 能 自流 减 压供 水 ， 无形 中增 加 了边界 条件 。 方式二 ， 单元加压泵供水方式 ( 图 2 ) ： 水源取 自 进 主泵 水侧 压力 钢管 ， 每台 主机设 两 台加 压泵 ， 互 为 备用 ， 水泵加压供水至各供水对象后仍返 回至主泵 进水侧 。 从图 2看类似水泵密闭循环供水 。该供水 方式优点是加压泵扬程仅需克服供排水段管道及冷 却 器 管路 水 损 ． 理 论 上在 机 组 供水 量 不变 的情 况下 扬 程 是 恒 定 的 ．水 泵 出 口水 压 随 进 口 压 力 变 化 ( 0 ． 3 1 0 ． 6 9 MP a ) 而变化 ， 可以保证在不同扬程运行 范围内各供水对象冷却器水进 出V I 压差恒定 ， 通过 管路水力计算 。本泵站供水系统加压泵扬程仅为 4 5 m。按每台机 3 0 0 m3 ／ h的需水量 ，电机功率仅为 5 5 k W． 和 自流减压方案相 比， 可以大大减少供水用 电成本 。缺点是加压泵与主泵均为同步连续运行 ， 对厂用电及设备等要求较高。 综合 比较两种供水方案优缺点 ， 加压泵供水更 60 具有 可 操作 性 。 节 能效 果 明显 ． 因此 ， 确 定 本泵 站 泵 组技术供水采用加压泵供水方式。 2 ． 3主轴 密封供 水 主泵主轴密封采用三层接触式径向密封 ， 密封为 自补偿型， 供水压力 0 ． 9 ～ 1 ． 0 MP a ， 供水量 1 ． 8 m 3 ／ h 。 本泵 站 主轴密 封用水 量虽 然很 小 ，但 鉴 于其 重 要性对水质及水压供水要求极高 ，技术供水系统无 法满足其用水需要。为此设计 中结合消防供水 、 地 面变频系统供水设置的高、 低位消防水池( 高位水池 采用调压井深井泵供水与出水侧压力压力管道取水 相结合) 从低位水池取水 ， 利用水池的沉淀过程 ， 同 时配置高精度滤水器过滤后 自流供至每 台泵组主轴 密封用水 ，确保主轴密封水清洁并把压力保持在 0． 9～1 ． 0 MPa 。 3厂房 排水 系统 方案 3 ． 1 地下 厂房 排水廊 道布 置 为减小库水向地下主厂房的渗透，在地下厂房 周围共布置了三层灌浆及排水廊道 ，利用廊道进行 帷幕灌浆 ， 在防渗帷幕体后设置排水孔， 并形成稳定 渗流场 ，减小主厂房衬砌外水压力。第一层灌浆及 排水廊道布置在距地下厂房顶部 4 6 ． 7 3 6 m处 ， 高程 1 7 9 6 ． O 0 m： 第二层灌浆及排水廊道布置在地下厂房 顶部四周 ， 高程 1 7 4 1 ． 0 6 m： 第三层灌浆及排水廊道 布置在地下厂房下部四周 ， 高程 1 7 1 9 ． 3 0 m。第一层 廊道渗漏水 自流排 出水库 ；第二层廊道汇集到二层 廊道内集水井 ， 由水泵排出； 第三层廊道和各辅助洞 室渗漏水汇人厂房内的各种积水等 。在厂房防潮隔 墙 内布置排水管 、槽将水引入检修球阀室层底部的 集水井 内，由水泵排出。地下厂 区排水廊道横剖如 图 3所 示 。 3 。 2渗 漏排 水量 地下厂房渗漏水除水泵等少量设 备排水外 ， 主 要就是可能危及厂房安全的洞室群水工建筑物围岩 的渗漏水 、 事故涌水等． 武汉大学对干河泵站地下厂 房洞室群围岩稳定及渗流分析计算结果表 明：在正 常运行工况下 ， 第一层廊道位于地下水位以上 ． 渗流 量较小 ， 且有 自流排水能力； 第二层廊道的渗流量为 2 1 9 0 m 3 ／ d ， 第三层廊道 的渗流量为 4 8 0 2 m 3 ／ d ， 主厂 房 渗漏 量 6 6 m3 ／ d 。 3 ． 3 排水 总体 方案 根据各层渗漏排水量及结构布置 ，各渗漏排水 地点较为分散 。 为此共设置了 3个水泵排水系统。 ( 1 ) 在二层排水廊道设置一集水井 ，渗漏水直 接 由水 泵抽 出至辅助 交通 洞 1 7 9 0 m 高程 ； ( 2 ) 三层排水廊道渗漏水通过排水管引至主厂 第 5 期 闰黎黎， 等： 干河泵站供排水系统主要技术特点 第 5 1 卷 二层灌浆、 排水廊道 图 3 地下厂区排水廊道横剖 房检修球阀室内下层集水井 ． 水泵统一布置在检修 球 阀室内 。渗漏水直接 由水泵抽 出至辅助交通 洞 1 7 9 0 m高程 ： ( 3 ) 主厂房渗漏水排至进水侧阀层渗漏集水井 ， 渗漏水直接由水泵抽出至辅助交通洞 1 7 9 0 m高程。 3 ． 4 排 水设 备选 择 设计中通过 以上 3个排水系统水泵参数及台数 根据各排水区域排水量 、 排水扬程及其重要性进行 计算后水泵配置见表 1 所列 。 表 1 厂房渗漏排水系统水泵配置 系统位置水 数 设 程电 量 从表 1的水泵配置表可以看 出， 干河泵站排水 泵容量及 台数和一般常规电站相 比是有相 当规模 的。因此。选择适宜的排水设备对于今后厂房安全 显 得尤 为重 要 。 目前 国内水电站及泵站厂房渗漏排水泵基本选 用长轴深井泵 和潜水深井泵 ， 相对而言选用传统长 轴深井泵 的较多 。 但近几年随着电站规模越大 ． 集水 井深度的增加 ， 长轴深井泵暴露的缺点也越来越多 ． 如一些大型水 电站使用长轴深井泵 ． 运行初期 良好， 运 行一 年后水 泵产 生震 动现象 ， 导 致后 期维 护频 繁 ． 工作量和维护材料消耗很大。 深井潜水泵在中国水 电站作为排水泵使用历时 较短 ， 但在欧美发达国家 ． 早 已从 2 0世纪 5 0至 6 0 年代就逐渐淘汰长轴深井泵技术 ．而采用更为先进 的潜水电机深井泵 ， 由于潜水深井泵具有效率高 、 安 装方便 、 故障率较低 、 适应频繁启停 或连续运行 、 运 行可靠 、 维护简单 、 寿命 长( 3 0至 4 0年 ) 等特点 ， 已 逐 步得到 国 内水 电站对其 的认 识 ．近几 年来 国内部 分电站 已逐步将长轴深井泵更换为潜水深井泵 。 许 多新建大型水电站也逐步选用潜水深井泵。 干河泵站主厂房为地下厂房 ．厂房的渗漏水如 不及 时排 除将危 及厂 房及 运行 人员 安全 ．虽 然潜 水 深井泵价格较长轴深井泵的高些 ，但从长期运行来 看 ， 潜水深井泵泵水效率和电机效率都较深井泵高， 节省电费 ， 维护量小 ， 并且为确保泵站的长期安全运 行 ， 经综合 比选 ， 最终确定高扬程大容量渗漏排水泵 选用潜水深井泵 。 4结语 通过对干河泵站供排水系统主要技术特点的讨 论 。提 出了虽然潜水深井泵价格较长轴深井泵 的高 些 ，但潜水深井泵泵水效率和电机效率都较深井泵 高 ， 有利于泵站长期安全运行 的观点 。 干河泵 站地下 厂 房供排水系统的排水泵最终确定选用潜水深井泵。 参 考 文献 ： [ 1 ]陈俊涛． 干河泵站地下厂房洞室群围岩稳定及渗流分析 [ D] ． 武汉： 武汉大学， 2 0 1 0 ． [ 2 ]D I ／ r 5 1 8 6 — 2 0 0 4 ， 水力发电厂机电设计规范[ s ] ． [ 3 ]G B 5 0 2 6 5 — 2 0 1 0 ， 泵站设计规范[ S ] ． [ 4 ]D L ／ T 5 0 6 6 — 1 9 9 6 ， 水力发电厂水力机械辅助设备系统设 计技术规定[ S ] ． 61