水電廠集水井調節裝置的設計

陳子豪+劉恩喆

摘 要：集水井是水電廠的重要組成部分，布置在整個廠房的的最低處，用于收集機組運行中的滲漏水和部分生活用水。本文設計了一種集水井調節裝置，以解決全廠滲漏水的平衡問題，防止事故發生。

關鍵詞：集水井調節裝置；滲漏水

水電站集水井是電站滲漏水、檢修水和部分生產用水的排泄系統。電站滲漏排水、通常包括廠內水工建筑物的滲水、機組頂蓋與主軸密封漏水、鋼管伸縮節漏水及供排水閥門管件漏水等，其主要特點是排水量小，高程較低，不能靠自流排至下游，所以設有集水井，把滲漏水集中起來，用水泵抽出。

1 滲漏排水系統技術要求

水電廠不能自流排除的用水和滲水要集中到集水井，再用水泵排到下游，這個系統稱為滲漏排水系統。滲漏排水系統的任務是及時、可靠地排除生產棄水和滲漏水，避免廠房內部積水和潮濕。

水電廠廠房內各種滲漏水，通常通過排水溝和排水管，引至廠房最低部的集水井中，再用滲漏排水泵排至下游。滲漏排水主要包括：

（1）機械設備的漏水，水輪機頂蓋與大軸密封的漏水?；炝魇剿啓C通常用不少于兩根具有足夠斷面的排水管，穿過固定導葉中部孔，把這一部分漏水自流排入集水井；軸流式水輪機則專門用水泵按水位自動控制啟停，將這一部分漏水直接排至下游。

（2）廠房設備的生產排水。如沖洗濾水器的污水、水冷式空氣壓縮機的冷卻水、油水分離器及儲氣罐的排水、空氣冷卻器壁外的冷凝水、空調用水的排水等，當無法直接靠自壓排至廠外時，納入滲漏排水系統。

（3）水電廠下部生活用水的排水。

（4）廠房水工建筑物的滲水。包括蝸殼和尾水管進入坑、蝶閥坑、低洼處、地面排水溝的積水。

滲漏排水的特征是排水量小，不集中，很難用計算方法予以確定，高程較低，不能靠自壓排出。因此，一般水電廠需設置集水井將上述滲漏水收集起來，然后用水泵抽出。

1.1 廠房滲漏水量應計入的項目

（1）廠房水工建筑物的滲水。

（2）水輪機頂蓋排水。

（3）壓力鋼管伸縮節漏水。

（4）排水管道上的閥門漏水。

（5）空氣冷卻器的冷凝水和檢修防水。

（6）水冷式空氣壓縮機的冷卻排水。

（7）水冷式變頻器的冷卻排水。

（8）氣水分離器和儲氣罐排污水。

（9）廠房及發電機消防排水。

（10）水泵和管路漏水、結露水。

（11）空調器冷卻排水。

（12）其他必須排入集水井的水。

1.2 滲漏排水集水井設計要求

（1）集水井匯集不能自流排出的廠內滲漏水，用泵自動地排至廠外。

（2）廠房圍巖滲漏水有條件直接排往下游時，不應排至廠內集水井。但允許地下廠房圍巖滲漏水排至集水井。

（3）集水井應布置在廠房最低處。集水井的報警水位應低于最底層的交通廊道、操作廊道及布置有永久設備場地的地面高程。

（4）應規定集水井工作泵啟動水位、停泵水位、備用泵啟動水位和報警水位等。

（5）集水井的有效容積，宜安匯集30～60min廠內總滲漏水量確定，有條件時，宜選大些。

（6）集水井底部應設集水坑，坑深應能淹沒水泵吸水管底閥。集水井底部地面應有傾向集水坑的坡度。

（7）應設集水井的清污通道與清污措施。對多泥沙水電廠的集水井，排水泵底閥附近應設沖淤設施。

（8）廠房水工建筑物的滲漏水量應由廠房設計專業提供。其他滲漏水量可參照已建條件相似的水電廠和廠家資料估算。

1.3 滲漏排水系統自動化設計要求

（1）當廠房滲漏集水井水位超過整定水位時，應自動啟動工作水泵。若水位繼續升高達備用水泵啟動水位，則應自動啟動備用水泵并發信號。當水位下降至正常水位時，則應停止水泵運行。水位過高應發信號。

（2）廠內滲漏排水設備應自動操作，集水井應設置水位信號裝置和報警裝置。集水井排水裝置能自動啟、停工作水泵，工作泵故障時，備用泵能自動投入，在備用泵投入后，應能自動發信號或報警。

（3）集水井水位信號應遠離水泵進口處，防止水泵工作時水位波動影響信號器，并應布置在便于維修檢查的集水井進入孔附近。

（4）滲漏排水泵采用深井水泵時，深井泵的軸承潤滑水管上宜設自動控制供水閥和示流信號器。

（5）滲漏排水泵（包括備用泵）的揚程應按最高尾水位，或出水口高程與集水井最低水位之差加上管道水力損失確定。

（6）滲漏排水工作泵的流量應按集水井的有效容積、滲漏水量和排水時間確定。排水時間宜取20～30min。工作泵的臺數應安排水量確定。除工作泵外，至少應設置一臺備用泵，其流量宜與工作泵相等。如有特殊原因，則允許加大備用泵的流量或選用多臺備用泵。

（7）對于汛期尾水位變幅較大且持續時間較長的水電廠和多泥沙水電廠，可增設汛期專用滲漏排水泵和加大滲漏排水集水井容積。

（8）滲漏排水泵宜選用深水井泵、射流泵或潛水泵。有條件時，也可選用離心泵。接排至下游最高尾水位以上。經過技術經濟論證，滲漏水也可排往尾水隧洞，但應保證尾水隧洞檢修時滲漏排水能正常運行。

（10）滲漏排水系統的布置要求。水泵集中在水泵房內，集水井設在水泵房的下層。集水井通常布置在安裝間下層、廠房一端、尾水管之間或廠房上游側。集水井的底部高程要足夠低，以便自流集水。每個集水井至少設兩臺水泵，一臺工作，一臺備用。

2 原設計存在的問題

目前運行的某水電站機組滲漏水，在全廠滲漏水的排水設計上，仍設置了廠內滲漏集水井和壩內滲漏集水井，廠內集水井收集機組及設備漏水，而壩內集水井收集壩體滲漏水，但是機組大軸漏水量比較大，占所有滲漏水的75%。在運行過程中，常常存在以下幾個問題：

1、由于各個集水井的設備故障時，排水能力有限，易造成水淹廠房。

2、兩個集水井無法互補。

3 改進的方法

針對上述存在的問題，本文研究設計了一種水電廠集水井調節裝置。改進后再沒有出現一次水淹事故，并全部實現自動化及無人值守，安全可靠地運行近兩年。

3.1 裝置介紹

本實施例中，該水電廠集水井裝置系統如圖1所示，所述排水調節裝置由機組漏斗A、閥門D1 和閥門D2 構成，其中機組漏斗設置在機組的漏水處，且機組漏斗的通過管道分別連接廊道1 和廊道 2，所述廊道1 與機組漏斗之間的管道上設置閥門D1，廊道2 與機組漏斗 15 之間的管道上設置閥門 D2，通過閥門 D1 和閥門D2 控制機組滲漏水的流向，從而集水井之間的互補性，運行方式更加靈活。

（1）廊道1 通過排水溝連接滲漏集水井1，滲漏集水井1 通過排水泵1將滲漏水排出，而廊道2 連通滲漏集水井2，滲漏集水井2 通過排水泵2 將滲漏水排出。

（2）滲漏集水井2 通過管道連接設備室地漏、普通地漏和廠房地漏，將水電廠中所有的滲漏水進行集中排出。

3.2 工作原理

本設計調節裝置的工作原理是：因為機組滲漏水占所有滲漏水的 75%，通常情況下，滲漏集水井1收集廊道1和機組的滲漏水，而滲漏集水井2收集廠房地漏、設備地漏、其他地漏、廊道 B 的漏水，通過排水調節裝置可以有效的切換機組漏水的流向，根據需要可以流向滲漏集水井1 或滲漏集水井2，也可以同時流向兩個集水井，這樣解決集水井之間的互補性，運行方式更加靈活。

4 結束語

該水電站集水井改造并投入運行以來，消除了水淹廠房等重大安全隱患，達到預期效果。為水電站科學安全運行提供了可靠的保證。

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