泵站供排水系统主要技术特点

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-滇池补水工程干河泵站装机容量90MW，共4台泵组，水泵配套电动机单机功率22.5MW，泵站设计流量7.67m3/s，最高扬程233.2m，设计扬程221.2m，最低扬程187.4m，扬程变幅范围45.8m。

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1752.0m，正常水位1790.0m；出水池设计水位1976.8m，水泵安装高程1725.0m。从工程枢纽布置可知，厂房最大埋深约150m，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1710.1m，位于水库水位以下42～80m。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300m3/h。常规机组各类冷却器水压要求为一般为0.2～0.4MPa，由于4台泵组布置于1725m安装高程处，水泵进水侧水位（库水位）高出水泵27～65m，出水侧出水池水位高出水泵251.8m，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0.7MPa。

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。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（1.89～2.33MPa）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198m，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0.31～0.69MPa水压顶托，为满足冷却器进出口压力的合理匹配，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（0.31～0.69MPa）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口压差恒定，通过管路水力计算，本泵站供水系统加压泵扬程仅为45m，按每台机300m3/h的需水量，电机功率仅为55kW，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0.9～1.0MPa，供水量1.8m3/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0.9～1.0MPa。

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46.736m处，高程1796.00m；第二层灌浆及排水廊道布置在地下厂房顶部四周，高程1741.06m；第三层灌浆及排水廊道布置在地下厂房下部四周，高程1719.30m。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入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。

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2190m3/d，第三层廊道的渗流量为4802m3/d，主厂房渗漏量66m3/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洞1790m高程；（2）三层排水廊道渗漏水通过排水管引至主厂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洞1790m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洞1790m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。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。

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。