泵站供排水系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)

泵站供排水系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)國內(nèi)大中型電站供水系統(tǒng)主要根據(jù)設(shè)備用水要求及電站水頭來確定供水方式，廣泛采用的供水方式有自流供水、自流減壓供水，水泵供水，水源取自水庫、壓力管道、電站尾水及外水源等；針對一些電站河水泥沙含量大或雜質(zhì)多不能滿足設(shè)備水質(zhì)條件時，采用水泵密閉循環(huán)供水方式可以解決技術(shù)水質(zhì)問題。然而對于大型地下泵站，常規(guī)的供水方式已不適用。對于廠房滲漏排水系統(tǒng)，目前國內(nèi)主要以長軸深井泵排水為主流，是否能選擇更為安全運(yùn)行可靠的設(shè)備也是值得探討的問題。云南省牛欄江-滇池補(bǔ)水工程干河泵站裝機(jī)容量90MW，共4臺泵組，水泵配套電動機(jī)單機(jī)功率22.5MW，泵站設(shè)計流量7.67m3/s，最高揚(yáng)程233.2m，設(shè)計揚(yáng)程221.2m，最低揚(yáng)程187.4m，揚(yáng)程變幅范圍45.8m。泵站樞紐由上游水庫（進(jìn)水池）、進(jìn)水隧洞、調(diào)壓井、進(jìn)水主管、地下泵站系統(tǒng)、出水豎井和管道、地面出水池等組成。進(jìn)庫最低水位1752.0m，正常水位1790.0m；出水池設(shè)計水位1976.8m，水泵安裝高程1725.0m。從工程樞紐布置可知，廠房最大埋深約150m，泵站主廠房正好處在“U”形引出水系統(tǒng)的最底部，全部處在水庫水位以下，其中廠房閥室集水井底板高程1710.1m，位于水庫水位以下42～80m。基于本工程主泵房及主要設(shè)備所處位置，常規(guī)的技術(shù)供水模式已不能滿足使用要求，泵站地下樞紐及附屬洞群部分的排水安全顯得尤為重要。本文針對干河地下泵站所處位置的特殊性和不利條件，對泵組技術(shù)供水及廠房排水系統(tǒng)方案進(jìn)行了綜合分析和比較，提出了結(jié)合本工程特點(diǎn)、難點(diǎn)的技術(shù)方案和措施。2技術(shù)供水系統(tǒng)方案2.1供水對象、水量及水壓要求干河泵站技術(shù)供水系統(tǒng)分地下泵組技術(shù)供水及地面變頻調(diào)速裝置技術(shù)供水兩部分，本文重點(diǎn)論述地下泵站泵組技術(shù)供水部分。泵組技術(shù)供水系統(tǒng)主要供水對象為電動機(jī)推力軸承油冷卻器、上導(dǎo)軸承油冷卻器、空氣冷卻器、下導(dǎo)軸承油冷卻器、水泵導(dǎo)軸承油冷卻器和主軸工作密封的用水，根據(jù)制造商提供的數(shù)據(jù)，單臺機(jī)組總需水量約300m3/h。常規(guī)機(jī)組各類冷卻器水壓要求為一般為0.2～0.4MPa，由于4臺泵組布置于1725m安裝高程處，水泵進(jìn)水側(cè)水位（庫水位）高出水泵27～65m，出水側(cè)出水池水位高出水泵251.8m，對于水泵而言，在正常運(yùn)行工況，水泵的進(jìn)出水側(cè)均為正壓狀態(tài)，從流道系統(tǒng)看沒有正常的技術(shù)排水通道。鑒于廠房已處在整個“U”水力系統(tǒng)的最低位置，從廠房安全等因素考慮，不允許將機(jī)組冷卻水排致廠房集水井，唯一的機(jī)組技術(shù)排水通道只能選擇水泵進(jìn)水側(cè)一端，為此要求機(jī)組冷卻器出口水壓不能低于0.7MPa。2.2機(jī)組冷卻器技術(shù)供水方案選擇基于上述特殊供水條件，采用常規(guī)的技術(shù)供水方案很難滿足本項目設(shè)備技術(shù)供水要求的，設(shè)計單位經(jīng)過多方案比較，必選了兩種可行的技術(shù)供水方式。方式一為單元自流減壓供水方案，方式二為單元水泵加壓方案，兩種方案比較。方式一，自流減壓供水方式（圖1）：水源取自主泵出水側(cè)管道，系利用水泵出口壓力（1.89～2.33MPa）自流減壓后供水至各供水對象后排至主泵進(jìn)水側(cè)，該方案的優(yōu)點(diǎn)是供水系統(tǒng)簡潔，投資較省，但缺點(diǎn)也很突出，首先是壓差比較大，特別在水庫低水位高揚(yáng)程段，減壓閥進(jìn)出口壓差高達(dá)198m，造成能量浪費(fèi)，且增加主泵功耗，不符合節(jié)能減排的原則；其次受主泵進(jìn)水側(cè)變幅達(dá)0.31～0.69MPa水壓頂托，為滿足冷卻器進(jìn)出口壓力的合理匹配，減壓閥出口壓力須根據(jù)庫水位變化隨時調(diào)整，給運(yùn)行管理帶來極大不便。另外該方案在泵站第一臺機(jī)組啟動前必須具備出水側(cè)壓力管道充滿水形成壓力才能自流減壓供水，無形中增加了邊界條件。方式二，單元加壓泵供水方式（圖2）：水源取自進(jìn)主泵水側(cè)壓力鋼管，每臺主機(jī)設(shè)兩臺加壓泵，互為備用，水泵加壓供水至各供水對象后仍返回至主泵進(jìn)水側(cè)，從圖2看類似水泵密閉循環(huán)供水。該供水方式優(yōu)點(diǎn)是加壓泵揚(yáng)程僅需克服供排水段管道及冷卻器管路水損，理論上在機(jī)組供水量不變的情況下?lián)P程是恒定的，水泵出口水壓隨進(jìn)口壓力變化（0.31～0.69MPa）而變化，可以保證在不同揚(yáng)程運(yùn)行范圍內(nèi)各供水對象冷卻器水進(jìn)出口壓差恒定，通過管路水力計算，本泵站供水系統(tǒng)加壓泵揚(yáng)程僅為45m，按每臺機(jī)300m3/h的需水量，電機(jī)功率僅為55kW，和自流減壓方案相比，可以大大減少供水用電成本。缺點(diǎn)是加壓泵與主泵均為同步連續(xù)運(yùn)行，對廠用電及設(shè)備等要求較高。綜合比較兩種供水方案優(yōu)缺點(diǎn)，加壓泵供水更具有可操作性，節(jié)能效果明顯，因此，確定本泵站泵組技術(shù)供水采用加壓泵供水方式。2.3主軸密封供水主泵主軸密封采用三層接觸式徑向密封，密封為自補(bǔ)償型，供水壓力0.9～1.0MPa，供水量1.8m3/h。本泵站主軸密封用水量雖然很小，但鑒于其重要性對水質(zhì)及水壓供水要求極高，技術(shù)供水系統(tǒng)無法滿足其用水需要。為此設(shè)計中結(jié)合消防供水、地面變頻系統(tǒng)供水設(shè)置的高、低位消防水池（高位水池采用調(diào)壓井深井泵供水與出水側(cè)壓力壓力管道取水相結(jié)合）從低位水池取水，利用水池的沉淀過程，同時配置高精度濾水器過濾后自流供至每臺泵組主軸密封用水，確保主軸密封水清潔并把壓力保持在0.9～1.0MPa。3廠房排水系統(tǒng)方案3.1地下廠房排水廊道布置為減小庫水向地下主廠房的滲透，在地下廠房周圍共布置了三層灌漿及排水廊道，利用廊道進(jìn)行帷幕灌漿，在防滲帷幕體后設(shè)置排水孔，并形成穩(wěn)定滲流場，減小主廠房襯砌外水壓力。第一層灌漿及排水廊道布置在距地下廠房頂部46.736m處，高程1796.00m；第二層灌漿及排水廊道布置在地下廠房頂部四周，高程1741.06m；第三層灌漿及排水廊道布置在地下廠房下部四周，高程1719.30m。第一層廊道滲漏水自流排出水庫；第二層廊道匯集到二層廊道內(nèi)集水井，由水泵排出；第三層廊道和各輔助洞室滲漏水匯入廠房內(nèi)的各種積水等，在廠房防潮隔墻內(nèi)布置排水管、槽將水引入檢修球閥室層底部的集水井內(nèi)，由水泵排出。地下廠區(qū)排水廊道橫剖如。3.2滲漏排水量地下廠房滲漏水除水泵等少量設(shè)備排水外，主要就是可能危及廠房安全的洞室群水工建筑物圍巖的滲漏水、事故涌水等，武漢大學(xué)對干河泵站地下廠房洞室群圍巖穩(wěn)定及滲流分析計算結(jié)果表明：在正常運(yùn)行工況下，第一層廊道位于地下水位以上，滲流量較小，且有自流排水能力；第二層廊道的滲流量為2190m3/d，第三層廊道的滲流量為4802m3/d，主廠房滲漏量66m3/d。3.3排水總體方案根據(jù)各層滲漏排水量及結(jié)構(gòu)布置，各滲漏排水地點(diǎn)較為分散，為此共設(shè)置了3個水泵排水系統(tǒng)。（1）在二層排水廊道設(shè)置一集水井，滲漏水直接由水泵抽出至輔助交通洞1790m高程；（2）三層排水廊道滲漏水通過排水管引至主廠房檢修球閥室內(nèi)下層集水井，水泵統(tǒng)一布置在檢修球閥室內(nèi)，滲漏水直接由水泵抽出至輔助交通洞1790m高程；（3）主廠房滲漏水排至進(jìn)水側(cè)閥層滲漏集水井，滲漏水直接由水泵抽出至輔助交通洞1790m高程。3.4排水設(shè)備選擇設(shè)計中通過以上3個排水系統(tǒng)水泵參數(shù)及臺數(shù)根據(jù)各排水區(qū)域排水量、排水揚(yáng)程及其重要性進(jìn)行計算后水泵配置。水泵配置表可以看出，干河泵站排水泵容量及臺數(shù)和一般常規(guī)電站相比是有相當(dāng)規(guī)模的。因此，選擇適宜的排水設(shè)備對于今后廠房安全顯得尤為重要。目前國內(nèi)水電站及泵站廠房滲漏排水泵基本選用長軸深井泵和潛水深井泵，相對而言選用傳統(tǒng)長軸深井泵的較多，但近幾年隨著電站規(guī)模越大，集水井深度的增加，長軸深井泵暴露的缺點(diǎn)也越來越多，如一些大型水電站