可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是提供一種檢修方便，安全可靠、易運(yùn)行維護(hù)、能降低能耗的可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是：可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)，具有大壩、水墊塘、二道壩和下游河道，在二道壩排水廊道內(nèi)設(shè)置抽水蓄能發(fā)電廠房，廠房?jī)?nèi)安裝可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，該可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組水泵工況下的進(jìn)水口經(jīng)埋設(shè)于二道壩內(nèi)的管路Ⅰ與水墊塘連通，出水口通過(guò)埋設(shè)于二道壩內(nèi)的管路Ⅱ與下游河道連通；所述二道壩一側(cè)山體上設(shè)置用于匯集水墊塘兩岸山體地表滲水，以及大壩、水墊塘和地下廠房滲漏水的調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池高于下游河道水位，該調(diào)節(jié)池經(jīng)引水發(fā)電管路連通管路Ⅱ。本發(fā)明適用于水利水電工程。
【專利說(shuō)明】可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)。適用于水利水電工程。
【背景技術(shù)】
[0002]水墊塘是拱壩壩后的消能防沖保護(hù)工程，防止拱壩泄水后壩基產(chǎn)生沖蝕破壞，保護(hù)壩的安全穩(wěn)定。通常在拱壩泄洪運(yùn)行，或暴雨時(shí)岸坡塌方可能會(huì)對(duì)水墊塘產(chǎn)生沖蝕破壞。為了保障大壩的安全，一般都需要定期對(duì)水墊塘進(jìn)行抽水檢修維護(hù)。目前我國(guó)已建的二灘、拉西瓦、小灣等大型水電站的水墊塘多采用臨時(shí)充排水系統(tǒng)對(duì)水墊塘抽水排空進(jìn)行檢修。
[0003]臨時(shí)充排水系統(tǒng)，通常采用臨時(shí)排水泵、臨時(shí)敷設(shè)管路和輸變電線路和控制設(shè)備，將水墊塘內(nèi)積水排至二道壩后進(jìn)行水墊塘檢修，在水墊塘檢修完成后，又將二道壩后的下游水流回充至水墊塘。以二灘水電站為例，因水墊塘內(nèi)的積水量較大，采用了多臺(tái)大功率離心泵同時(shí)抽排，排水時(shí)間仍較長(zhǎng)。而離心泵吸程較低，隨著水墊塘內(nèi)水位不斷下降，需要采用船泵方式，即將離心泵放置在船上，來(lái)滿足水墊塘低水位時(shí)離心泵的吸程需要。水墊塘檢修維護(hù)完畢后，再將船泵放置在二道壩后的下游尾水河道中，利用水泵對(duì)水墊塘進(jìn)行回充。臨時(shí)抽排方式主要有以下不足之處:
I系統(tǒng)搭建工作量大，排水系統(tǒng)和組裝程序繁瑣；
2系統(tǒng)全程基本都需要人工干預(yù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)，運(yùn)行、維護(hù)不方便；
3抽水系統(tǒng)設(shè)備均布置在戶外，排水系統(tǒng)故障率高，工作效率低，排水時(shí)間長(zhǎng)；
4臨時(shí)電源和機(jī)電設(shè)備裸露在外，可能會(huì)給工作人員帶來(lái)安全隱患。
[0004]專利號(hào)為201020554462.5的中國(guó)專利“水墊塘的給排水系統(tǒng)”則提供了一種在二道壩內(nèi)設(shè)置固定式抽排水泵房供水墊塘檢修使用的方案，其優(yōu)點(diǎn)為:與之前方案相比，可以實(shí)現(xiàn)水墊塘檢修時(shí)充排水的自動(dòng)控制操作。但這種方案也有不少缺點(diǎn)，主要為:大壩的泄洪幾率相對(duì)也較低，因而水墊塘的檢修幾率也并不是很高，有可能一年完成一次檢修或者數(shù)年才完成一次檢修，而泵房布置在水墊塘后的二道壩體內(nèi)，通風(fēng)干燥條件差，空氣潮濕，電氣設(shè)備故障率較高，待真正需要利用充排水設(shè)備用于水墊塘檢修充排水時(shí)，設(shè)備可能已出現(xiàn)故障或者達(dá)到其使用壽命。同時(shí)，為了維持泵房的干燥，需要設(shè)置大量的通風(fēng)和除濕設(shè)備，而維持泵房干燥的除濕和通風(fēng)的費(fèi)用也是非常高的，因而其實(shí)用價(jià)值并不是很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種檢修方便，設(shè)備安全可靠、易運(yùn)行維護(hù)、同時(shí)能夠降低能耗的可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)，具有大壩、水墊塘、二道壩和下游河道，其特征在于:在二道壩排水廊道內(nèi)設(shè)置抽水蓄能發(fā)電廠房，廠房?jī)?nèi)安裝可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，該可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組水泵工況下的進(jìn)水口經(jīng)埋設(shè)于二道壩內(nèi)的管路I與水墊塘連通，出水口通過(guò)埋設(shè)于二道壩內(nèi)的管路II與下游河道連通；所述二道壩一側(cè)山體上設(shè)置用于匯集水墊塘兩岸山體地表滲水，以及大壩、水墊塘和地下廠房滲漏水的調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池高于下游河道水位，該調(diào)節(jié)池經(jīng)引水發(fā)電管路連通所述管路II。
[0007]所述管路I經(jīng)旁通管路連通下游河道。
[0008]所述引水發(fā)電管路上和旁通管路上均裝有控制閥門，所述管路I上、與旁通管路連通部位的兩側(cè)均裝有控制閥門，所述管路II上、與引水發(fā)電管路連通部位的兩側(cè)均裝有控制閥門。
[0009]所述管路I進(jìn)口高程略高于水墊塘底板高程，管路II出口高程略低于二道壩頂高程。
[0010]所述管路I與管路II上裝有壓力變送器、壓力表和示流信號(hào)器。
[0011]所述調(diào)節(jié)池具有溢流壩，調(diào)節(jié)池底部設(shè)有沖沙底孔，底孔內(nèi)安裝沖沙閥門，沖沙底孔經(jīng)泄流道連通下游河道。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的主要?jiǎng)恿υO(shè)備采用可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，并設(shè)置了調(diào)節(jié)池，將地下廠房、大壩和水墊塘的滲漏水以及兩岸山體的地表滲漏水匯集起來(lái)，設(shè)置引水發(fā)電管路，利用水流落差產(chǎn)生電能作為可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組廠房的通風(fēng)、除濕設(shè)備運(yùn)行電源，多余電能送至電網(wǎng)，不僅降低能耗，還將產(chǎn)生效益，同時(shí)改善了可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境，設(shè)備使用壽命能夠有所保證。在水墊塘需要檢修時(shí)，根據(jù)水墊塘和下游水位的落差，利用可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電和抽水功能，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，兼顧水墊塘檢修時(shí)的排水。在水墊塘檢修完成以后，利用二道壩下游水與水墊塘底板的落差發(fā)電，提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0013]水墊塘的可逆式水泵可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組充排水系統(tǒng)設(shè)置有現(xiàn)地操作和遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行控制，運(yùn)行人員操作方便，避免了臨時(shí)充排水系統(tǒng)搭建的繁瑣以及系統(tǒng)運(yùn)行的安全隱患，更能保證水墊塘的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0014]與固定式充排水系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)僅需增加少量的額外投資，可減少檢修時(shí)的充排水時(shí)間，極大地提高水墊塘充排水效率；同時(shí)對(duì)樞紐建筑物內(nèi)巖體以及山體內(nèi)的滲漏水的利用落差進(jìn)行了能量回收，增加了電能，降低了電站輔助系統(tǒng)的能耗；檢修設(shè)備能夠長(zhǎng)期用于發(fā)電，也提高了設(shè)備的利用率，降低了設(shè)備的故障率；本系統(tǒng)大量減少了充排水時(shí)所耗的電能以及電站輔助系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，技術(shù)方案更可靠、更節(jié)能環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的平面布置示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明充排水系統(tǒng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]隨著我國(guó)水電事業(yè)的發(fā)展，還有很多高拱壩或特高拱壩不斷建設(shè)，水墊塘的規(guī)模越來(lái)越大。這些電站一般裝機(jī)規(guī)模都巨大，在電網(wǎng)系統(tǒng)中占有的地位都很重要，因此，要求盡可能縮短大型水墊塘檢修期的時(shí)間，提供檢修方便的方案并利于設(shè)備安全可靠和易運(yùn)行維護(hù)，降低能耗，已成為行業(yè)內(nèi)的共識(shí)。
[0018]如圖1所示，在大壩I的下游依次為水墊塘2、二道壩3和下游河道4。本例中結(jié)合二道壩3內(nèi)排水廊道的布置以及其他排水廊道的布置，在二道壩排水廊道內(nèi)選擇合適的位置設(shè)置發(fā)電廠房301，并且在該發(fā)電廠房?jī)?nèi)安裝可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6，該可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組在水泵工況下的進(jìn)水口經(jīng)埋設(shè)于二道壩內(nèi)的管路I 7與水墊塘2連通，出水口通過(guò)埋設(shè)于二道壩內(nèi)的管路II 8與下游河道4連通。為防止連通水墊塘2和下游河道4的管路I 7與管路II 8堵塞，管路I 7進(jìn)口高程略高于水墊塘2底板高程，管路II 8出口高程略低于二道壩3頂高程。管路I 7經(jīng)旁通管路9可直接與下游河道4連通，或者經(jīng)旁通管路9、管路II 8連通下游河道4。本例中在管路I 7與管路II 8上裝有壓力變送器、壓力表和示流信號(hào)器等自動(dòng)化元件。
[0019]本實(shí)施例結(jié)合地下廠房滲漏排水系統(tǒng)501、大壩滲漏排水系統(tǒng)101和水墊塘滲漏排水系統(tǒng)201的抽排滲漏水的排水方式以及排水路徑的合理布置，結(jié)合水墊塘兩岸山體地表水沿兩岸山坡的排水至下游的方式，將兩岸山體的地表滲水以及大壩、水墊塘以及地下廠房的滲漏水經(jīng)集水明渠11匯集在二道壩一側(cè)山體上的調(diào)節(jié)池10內(nèi)，該調(diào)節(jié)池位于比下游河道4正常運(yùn)行水位較高的位置，以便形成落差進(jìn)行發(fā)電。調(diào)節(jié)池10通過(guò)引水發(fā)電管路15連通埋設(shè)于二道壩內(nèi)的管路II 8。本例中調(diào)節(jié)池10帶有溢流壩，調(diào)節(jié)池底部設(shè)有沖沙底孔，底孔內(nèi)安裝沖沙閥門13，沖沙底孔經(jīng)泄流道12連通下游河道。
[0020]如圖2所示，本例中在引水發(fā)電管路15和旁通管路9上都裝有控制閥門14。在管路I 7上、與旁通管路9連通部位兩側(cè)均裝有控制閥門14，管路II 8上、與引水發(fā)電管路15連通部位兩側(cè)均裝有控制閥門14。本例中所有閥門可由控制盤柜控制或現(xiàn)地操作，該控制盤柜還可控制和監(jiān)視可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6運(yùn)行狀態(tài)。
[0021]本實(shí)施例中發(fā)電廠房301的底部高程需滿足可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6在水輪機(jī)運(yùn)行工況和水泵運(yùn)行工況的空化要求和吸程要求，發(fā)電廠房的布置空間應(yīng)滿足可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6水輪機(jī)工況的引水發(fā)電管路、水泵工況的引水管路和所有設(shè)備的布置、安裝檢修和運(yùn)行維護(hù)。結(jié)合排水廊道的設(shè)計(jì)和可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組以及輔助設(shè)備的布置，需要設(shè)置專用的通道滿足發(fā)電廠房301內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)輸和工作人員日常的檢修、運(yùn)行維護(hù)需要，同時(shí)在發(fā)電廠房?jī)?nèi)設(shè)置有通風(fēng)、除濕設(shè)備，其供電電源可由可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組提供電源。
[0022]本實(shí)施例的具體工作方式如下:
正常運(yùn)行狀態(tài):打開相應(yīng)的閥門，水墊塘兩岸山體的地表滲水，以及大壩、水墊塘以及地下廠房的滲漏水經(jīng)集水明渠11匯集至調(diào)節(jié)池10，而后流經(jīng)引水發(fā)電管路15、管路II 8、可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6、管路I 7和旁通管路9流至下游河道4，此時(shí)可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6運(yùn)行在水輪機(jī)工況，利用調(diào)節(jié)池與下游河道的水位差以及滲漏水流進(jìn)行發(fā)電，向電網(wǎng)系統(tǒng)和發(fā)電廠房?jī)?nèi)的通風(fēng)、除濕設(shè)備供電。以某電站為例，僅兩岸水體的地表滲漏水每天的容量就可達(dá)8萬(wàn)m3，加上各處建筑物的滲漏排水，效能非?？捎^。
[0023]水墊塘檢修:水墊塘的檢修一般都安排在電站少數(shù)機(jī)組發(fā)電時(shí)、同時(shí)下游河道4運(yùn)行水位較低的情況下進(jìn)行，此時(shí)，可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6運(yùn)行在水泵工況，將水墊塘2內(nèi)的積水排至下游。其操作流程為:
若水墊塘2內(nèi)水位高于下游水位時(shí)，打開旁通管路9上的閥門，水墊塘內(nèi)水經(jīng)管路I 7、旁通管路9自行流至下游河道4內(nèi)，實(shí)現(xiàn)旁通管路自流排水系統(tǒng)的自流排水功能。
[0024]根據(jù)壓力管道上裝設(shè)的壓力傳感器、壓力表和示流信號(hào)器，可判斷水墊塘2內(nèi)水位和下游河道4內(nèi)的水位情況。當(dāng)水墊塘2水位與下游河道4水位基本持平時(shí)，可關(guān)閉旁通管路9上的控制閥門14，同時(shí)啟動(dòng)廠房?jī)?nèi)的數(shù)臺(tái)幾臺(tái)可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6在水泵工況運(yùn)行，通過(guò)水泵強(qiáng)制抽排，將水墊塘2內(nèi)剩余的積水排至下游河道4內(nèi)。當(dāng)水墊塘2內(nèi)的積水排除完成以后，則停止可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6，同時(shí)啟動(dòng)I臺(tái)可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6或數(shù)臺(tái)小流量的抽水泵，排除匯集至水墊塘2內(nèi)的少量滲漏水。
[0025]在可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6運(yùn)行在水泵工況時(shí)，可以同時(shí)開啟調(diào)節(jié)池10內(nèi)的沖淤閥門13，利用水工建筑物的滲漏水匯集水，將調(diào)節(jié)池10內(nèi)的淤泥通過(guò)調(diào)節(jié)池10底部的沖沙底孔，借助泄流道12排至下游河道4，完成調(diào)節(jié)池底部淤泥的清理工作，甚至可同時(shí)檢修部分引水發(fā)電管路15及檢修隔離閥門14。
[0026]水墊塘檢修完成后:通過(guò)打開連接可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6前后管路上的閥門，利用二道壩3下游河道的水位與水墊塘2底板的落差進(jìn)行發(fā)電，驅(qū)動(dòng)可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6運(yùn)行在水輪機(jī)工況向系統(tǒng)供電，同時(shí)發(fā)電水流自下游經(jīng)過(guò)機(jī)組，可以實(shí)現(xiàn)二道壩下游水向水墊塘2回充的功能，通過(guò)設(shè)置在管路I 7與管路II 8上的示流信號(hào)器和壓力傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)以及可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6的運(yùn)行情況可以判斷水墊塘2充水是否完成，當(dāng)充水完成以后，關(guān)閉相應(yīng)的控制閥門14。
[0027]水墊塘回充水完成后按正常運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行，利用水墊塘兩岸山體的地表滲水，以及大壩、水墊塘以及地下廠房的滲漏水驅(qū)動(dòng)可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組6運(yùn)行在水輪機(jī)工況向電網(wǎng)系統(tǒng)供電。
[0028]當(dāng)然，本實(shí)施例的設(shè)計(jì)方案也適用于重力壩所具有的消力池檢修方案。
【權(quán)利要求】
1.一種可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)，具有大壩(I)、水墊塘(2)、二道壩(3)和下游河道(4)，其特征在于:在二道壩(3)排水廊道內(nèi)設(shè)置抽水蓄能發(fā)電廠房(301)，廠房?jī)?nèi)安裝可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組(6)，該可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組水泵工況下的進(jìn)水口經(jīng)埋設(shè)于二道壩內(nèi)的管路I (7 )與水墊塘(2 )連通，出水口通過(guò)埋設(shè)于二道壩內(nèi)的管路II (8 )與下游河道(4)連通；所述二道壩(3) —側(cè)山體上設(shè)置用于匯集水墊塘兩岸山體地表滲水，以及大壩、水墊塘和地下廠房滲漏水的調(diào)節(jié)池(10)，調(diào)節(jié)池(10)高于下游河道(4)水位，該調(diào)節(jié)池經(jīng)引水發(fā)電管路(15)連通所述管路II (S)0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)，其特征在于:所述管路I(7)經(jīng)旁通管路(9 )連通下游河道(4 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)，其特征在于:所述引水發(fā)電管路(15 )上和旁通管路(9 )上均裝有控制閥門(14 )，所述管路I (7 )上、與旁通管路(9 )連通部位的兩側(cè)均裝有控制閥門(14)，所述管路II (8)上、與引水發(fā)電管路(15)連通部位的兩側(cè)均裝有控制閥門(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)，其特征在于:所述管路I(7)進(jìn)口高程略高于水墊塘(2)底板高程，管路II (8)出口高程略低于二道壩(3)頂高程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)，其特征在于:所述管路I(7)與管路II (8)上裝有壓力變送器、壓力表和示流信號(hào)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可發(fā)電的水墊塘充排水系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)節(jié)池(10)具有溢流壩，調(diào)節(jié)池底部設(shè)有沖沙底孔，底孔內(nèi)安裝沖沙閥門(13)，沖沙底孔經(jīng)泄流道(12)連通下游河道(4)。
【文檔編號(hào)】E02B9/06GK103556611SQ201310537454
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】方杰, 袁靜, 周杰, 李勝兵 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司