一种抽水蓄能电站半自流排水系统及控制方法

摘要

本发明提供一种抽水蓄能电站半自流排水系统及控制方法，通过在自流排水洞的出口设置集水井以及在集水井内设置多个潜水泵，此外，还设置了事故闸门，从而可以有效地降低半自流排水中对排水洞出口河道的水位要求，使得原来要求的校核洪水位需低于厂房最低层底面高程降低为正常蓄水位低于厂房最低层底面高程即可。本发明能够大大地缩短自流排水洞的开挖长度，甚至可以使得很多原本只能使用水泵抽排检修、渗漏排水的方案修改为半自流排水方案，将全自流排水方案修改为半自流排水方案大大地缩短了自流排水洞的长度，能够极大地降低电站投资。

说明书

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，尤其是涉及一种抽水蓄能电站半自流排水系统。

背景技术

由于水电开发技术的提高，近年来越来越多的高水头水电站、抽水蓄能电站逐渐投入使用。为了避免机组流道内水体发生空化，对机组造成结构性破坏，水轮机(水泵水轮机)组的安装埋深随着水头的增大需要相应增加，发电厂房的地面高程也随之降低。高水头水电站(抽水蓄能电站)的机组安装高程一般要低于下库水位，厂房大多布置在地下。

地下厂房排水分为厂房渗漏排水和机组检修排水系统。其中地下厂房排水系统含地下厂房的岩体渗漏水和机组渗漏水等，积水需要通过渗漏排水系统排出厂外。地下厂房渗漏排水系统一般有两种方式：1、若在电站附近(比如直径5km范围内)有排水口水位低于地下厂房最底层地面高程的排水口时，可以开挖自流排水洞，地下厂房渗漏水通过排水洞自流排出厂外；2、若在电站附近找不到合适的低于厂房底层地面高程的自流排水出口，一般在厂房内部设置集水井，收集地下厂房渗漏水，在集水井内设置深井排水泵将渗漏水抽排至较高的高程，然后通过排水洞自流排出厂外。另外，水电站(抽水蓄能电站)需设置检修排水系统，地下厂房同样有两种机组检修排水方式：1、若电站设有自流排水洞，则在尾水管最底部设置排水口，通过管路、阀门把积水引入自流排水洞即可。2、若电站无自流排水洞，则需在排水管路上设置检修排水泵，把流道内积水检修排水泵抽排至较高的高程，然后通过排水洞自流排出厂外。

地下厂房渗漏排水若采用水泵抽排方式，需要开挖集水井，并配置相应的排水泵及控制系统，当集水井水位上涨到一定高程后水泵自动启动排水，当水位下降至设计低水位时，水泵自动停止运行。该方案一次性投资较少，但电站后期的检修维护工程量较大；另外在电站的设计寿命(50年)内，排水设备能耗费用较大(例如某装机1200MW抽蓄电站排水能耗费用估算会大于5000万元)，另外若电站发生水淹厂房事故，厂房排水流量受水泵的设计流量所限，不能快速排空厂房内积水，若厂房内水位上涨导致水泵电机或控制设备被淹，水泵将停止运行，不能有效限制事故的扩大。自流排水洞方案通过排水廊道自流排水，不用开挖集水井，无排水设施，若电站发生漏水事故，能快速有效地排除厂房内积水，能有效避免或者减少电站发生水淹厂房事故，且该方案无排水设备失效导致无法排水的风险，是地下厂房排水系统的首选方式。但是由于水电站(抽水蓄能电站)具体地形的限制，很多电站附近无法找到合适的排水口或者排水口离地下厂房较远，需要开挖数公里甚至超过十公里的地下排水廊道，工程一次性投资巨大，经济性相对较差，造成了当前很多电站建设单位想用自流排水洞方案却用不起的局面。

因此，寻找一种安全可靠、一次性投资相对较省的地下厂房排水方案变得极为迫切。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种抽水蓄能电站半自流排水系统。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种抽水蓄能电站半自流排水系统，所述抽水蓄能电站半自流排水系统包括地下厂房渗漏排水系统和机组检修排水系统，所述地下厂房渗漏排水系统和机组检修排水系统的排水均汇流至自流排水洞，所述自流排水洞与下游河道之间布置有工作闸门，其特征在于：所述工作闸门与下游河道之间的空间内设有事故闸门，所述事故闸门用于在工作闸门落闸失灵或者落闸后密封失效时下落并阻隔自流排水洞和下游河道之间的连通；所述自流排水洞与工作闸门之间的空间内布置有集水井，所述集水井内布置有多个潜水泵。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：所述集水井内布置第一浮球液位开关，所述第一浮球液位开关用于指示集水井内水位高度信息

作为本发明的优选技术方案：所述潜水泵包括工作泵和备用泵，所述工作泵和备用泵均为多个。

作为本发明的优选技术方案：所述事故闸门上方设有框型操作杆，所述框型操作杆的一端具有浮球且布置在集水井内，另一端具有锁扣，所述锁扣用于悬挂处于非工作状态的事故闸门，所述框型操作杆的中部设有转轴，所述转轴固定至事故闸门的闸门室顶部；所述框型操作杆整体可以相对于转轴形成旋转以将操作杆上的锁扣从事故闸门的顶部滑出而落下事故闸门。

作为本发明的优选技术方案：所述抽水蓄能电站半自流排水系统还设有电动葫芦，所述电动葫芦的固定至事故闸门的闸门室顶部，且下端经钢丝与事故闸门的顶部固定。

作为本发明的优选技术方案：所述工作闸门由卷扬机下放或者吊起。

作为本发明的优选技术方案：所述下游河道内还设有第二浮球液位开关，所述第二浮球液位开关用于指示下游河道内水位高度信息。

本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种抽水蓄能电站半自流排水控制方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种抽水蓄能电站半自流排水控制方法，其特征在于：所述抽水蓄能电站半自流排水控制方法基于前文所述的抽水蓄能电站半自流排水系统，并包括：

当下游河道发生洪水时，下游河道内水位上涨至工作闸门落闸水位时，下落关闭工作闸门以切断自流排水洞、集水井与下游河道之间的连通通道，并由集水井内的潜水泵进行排水；

当下游河道内水位上涨至工作闸门落闸水位后，工作闸门落闸机构失灵或者工作闸门落闸后密封失效使得集水井内积水持续上升，从而下落事故闸门以截断自流排水洞、集水井与下游河道之间的连通通道，并由集水井内的潜水泵进行排水；

当下游河道的洪水过后，打开工作闸门和/或事故闸门，集水井中的水自流至下游河道中，待集水井内水位下降至停泵水位时，停止所有潜水泵。

本发明提供一种抽水蓄能电站半自流排水系统及控制方法，通过在自流排水洞的出口设置集水井以及在集水井内设置多个潜水泵，此外，还设置了工作闸门和事故闸门。从而可以有效地降低半自流排水中对排水洞出口河道的水位要求，使得原来要求的排水洞出口校核洪水位需低于厂房最低层底面高程降低为排水洞出口正常蓄水位低于厂房最低层底面高程即可。本发明能够大大地缩短自流排水洞的开挖长度，甚至可以使得很多原本只能使用水泵抽排检修、渗漏排水的方案修改为半自流排水方案。将全自流排水方案修改为半自流排水方案大大地缩短了自流排水洞的长度，能够极大地降低电站投资；将水泵抽排方案修改为半自流排水方案，排水洞出口潜水泵的启动次数大大减少，不仅能够降低水泵、电机等设备的检修、运行、维护以及能耗成本，还克服了水泵抽排方案不能有效减轻水淹厂房事故扩大的风险。

附图说明

图1为本发明所提供的抽水蓄能电站半自流排水系统的原理图。

图2为本发明所提供的抽水蓄能电站半自流排水系统的剖面图。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。

参照图1-2，抽水蓄能电站半自流排水系统地下厂房渗漏排水系统1和机组检修排水系统2，检修及渗漏排水系统排水均通过管路、排水沟等汇流至自流排水洞3。自流排水洞3底部具有坡度，正常情况下水流经自流排水洞3、集水井4流入下游河道10，经下游河道10排至其他流域。

当发生洪水，下游河道10内水位上涨至工作闸门7落闸水位时，河道内第二浮球液位开关9发出控制信号，启动卷扬机11，关闭工作闸门7，切断自流排水洞3、集水井4与下游河道10之间的通道。因排水通道被工作闸门7截断，随着地下厂房排水汇入集水井4，集水井4内水位将持续上升，上升至工作泵启动水位时，第一浮球液位开关5发出工作泵启动信号，3台主用潜水泵6自动启动排水，若地下厂房排水量大，3台潜水泵排水量不足，则集水井4内水位将继续上升至备用泵启动水位，第一浮球液位开关5发出备用泵启动信号，剩余的2台备用潜水泵启动排水，集水井水位随之下降，当集水井内水位下降至停泵水位时，所有排水泵6停止排水。停泵后，集水井4内水位再次上涨至工作泵启动水位时，潜水泵6再次自动启动排水。如此反复，以保证集水井4内水位维持在一定范围内，不至于倒灌流入地下厂房。

如图2所示，当下游河道10水位上涨至工作闸门7落闸水位后，若工作闸门7落闸机构失灵或者工作闸门7落闸后密封失效，将导致下游河道10向集水井侧漏水严重，若集水井4内所有潜水泵6启动后抽排流量小于河道水流倒灌流量，则集水井4内积水将持续上升，当集水井4内水位上升至事故闸门落闸水位时，事故闸门操作杆12末端的浮球12a随水位上升，带动事故闸门操作杆12绕旋转轴13转动，事故闸门8原本靠事故闸门操作杆底部的锁扣装置悬挂于闸门室顶部梁底，当操作杆12旋转一定角度后，操作杆底部锁扣12b脱落，事故闸门8在自身重力的作用下落闸，截断自流排水洞3及集水井4与下游河道10内水流。集水井4水位在排水泵6的抽排之下，水位下降，下降至停泵水位后第一浮球液位开关5发停泵信号，全部水泵6停止运行，停泵后集水井4内水位缓慢上升，水位再次上升至启泵水位时，第一浮球液位开关5发启泵信号，潜水泵6开始运行，如此反复，以保证集水井4内水位在一定范围内波动，不至于倒灌流入地下厂房。

当下游河道10洪水过后，河道水位恢复至正常蓄水位或以下时，布置于河道内的第二浮球液位开关9发低水位控制信号，启动卷扬机11，开启工作闸门7同时，利用电动葫芦14、钢丝绳15将事故闸门8提起，将事故闸门8用操作杆12悬挂固定于梁底。事故闸门8和工作闸门7全部开启后，由于下游河道10内水位低于集水井4水位，集水井4内水体自流排至河道，井内水位下降至停泵水位以下，第一浮球液位开关5发出水泵停泵信号，排水泵6停止运行。排水系统恢复至自流排水状态。

其中，电动葫芦14接入远程操控系统，当洪水退后，不仅在事故闸门落门后可以通过电动葫芦14开启事故闸门8。还可以在非汛期，通过控制电动葫芦14拉紧底部钢丝绳15，保证事故闸门8不会误关闭。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。