水电厂集水井调节装置的设计
陈子豪+刘恩喆
摘 要：集水井是水电厂的重要组成部分，布置在整个厂房的的最低处，用于收集机组运行中的渗漏水和部分生活用水。本文设计了一种集水井调节装置，以解决全厂渗漏水的平衡问题，防止事故发生。
关键词：集水井调节装置；渗漏水
水电站集水井是电站渗漏水、检修水和部分生产用水的排泄系统。电站渗漏排水、通常包括厂内水工建筑物的渗水、机组顶盖与主轴密封漏水、钢管伸缩节漏水及供排水阀门管件漏水等，其主要特点是排水量小，高程较低，不能靠自流排至下游，所以设有集水井，把渗漏水集中起来，用水泵抽出。
1 渗漏排水系统技术要求
水电厂不能自流排除的用水和渗水要集中到集水井，再用水泵排到下游，这个系统称为渗漏排水系统。渗漏排水系统的任务是及时、可靠地排除生产弃水和渗漏水，避免厂房内部积水和潮湿。
水电厂厂房内各种渗漏水，通常通过排水沟和排水管，引至厂房最低部的集水井中，再用渗漏排水泵排至下游。渗漏排水主要包括：
（1）机械设备的漏水，水轮机顶盖与大轴密封的漏水。混流式水轮机通常用不少于两根具有足够断面的排水管，穿过固定导叶中部孔，把这一部分漏水自流排入集水井；轴流式水轮机则专门用水泵按水位自动控制启停，将这一部分漏水直接排至下游。
（2）厂房设备的生产排水。如冲洗滤水器的污水、水冷式空气压缩机的冷却水、油水分离器及储气罐的排水、空气冷却器壁外的冷凝水、空调用水的排水等，当无法直接靠自压排至厂外时，纳入渗漏排水系统。
（3）水电厂下部生活用水的排水。
（4）厂房水工建筑物的渗水。包括蜗壳和尾水管进入坑、蝶阀坑、低洼处、地面排水沟的积水。
渗漏排水的特征是排水量小，不集中，很难用计算方法予以确定，高程较低，不能靠自压排出。因此，一般水电厂需设置集水井将上述渗漏水收集起来，然后用水泵抽出。
1.1 厂房渗漏水量应计入的项目
（1）厂房水工建筑物的渗水。
（2）水轮机顶盖排水。
（3）压力钢管伸缩节漏水。
（4）排水管道上的阀门漏水。
（5）空气冷却器的冷凝水和检修防水。
（6）水冷式空气压缩机的冷却排水。
（7）水冷式变频器的冷却排水。
（8）气水分离器和储气罐排污水。
（9）厂房及发电机消防排水。
（10）水泵和管路漏水、结露水。
（11）空调器冷却排水。
（12）其他必须排入集水井的水。
1.2 渗漏排水集水井设计要求
（1）集水井汇集不能自流排出的厂内渗漏水，用泵自动地排至厂外。
（2）厂房围岩渗漏水有条件直接排往下游时，不应排至厂内集水井。但允许地下厂房围岩渗漏水排至集水井。
（3）集水井应布置在厂房最低处。集水井的报警水位应低于最底层的交通廊道、操作廊道及布置有永久设备场地的地面高程。
（4）应规定集水井工作泵启动水位、停泵水位、备用泵启动水位和报警水位等。
（5）集水井的有效容积，宜安汇集30～60min厂内总渗漏水量确定，有条件时，宜选大些。
（6）集水井底部应设集水坑，坑深应能淹没水泵吸水管底阀。集水井底部地面应有倾向集水坑的坡度。
（7）应设集水井的清污通道与清污措施。对多泥沙水电厂的集水井，排水泵底阀附近应设冲淤设施。
（8）厂房水工建筑物的渗漏水量应由厂房设计专业提供。其他渗漏水量可参照已建条件相似的水电厂和厂家资料估算。
1.3 渗漏排水系统自动化设计要求
（1）当厂房渗漏集水井水位超过整定水位时，应自动启动工作水泵。若水位继续升高达备用水泵启动水位，则应自动启动备用水泵并发信号。当水位下降至正常水位时，则应停止水泵运行。水位过高应发信号。
（2）厂内渗漏排水设备应自动操作，集水井应设置水位信号装置和报警装置。集水井排水装置能自动启、停工作水泵，工作泵故障时，备用泵能自动投入，在备用泵投入后，应能自动发信号或报警。
（3）集水井水位信号应远离水泵进口处，防止水泵工作时水位波动影响信号器，并应布置在便于维修检查的集水井进入孔附近。
（4）渗漏排水泵采用深井水泵时，深井泵的轴承润滑水管上宜设自动控制供水阀和示流信号器。
（5）渗漏排水泵（包括备用泵）的扬程应按最高尾水位，或出水口高程与集水井最低水位之差加上管道水力损失确定。
（6）渗漏排水工作泵的流量应按集水井的有效容积、渗漏水量和排水时间确定。排水时间宜取20～30min。工作泵的台数应安排水量确定。除工作泵外，至少应设置一台备用泵，其流量宜与工作泵相等。如有特殊原因，则允许加大备用泵的流量或选用多台备用泵。
（7）对于汛期尾水位变幅较大且持续时间较长的水电厂和多泥沙水电厂，可增设汛期专用渗漏排水泵和加大渗漏排水集水井容积。
（8）渗漏排水泵宜选用深水井泵、射流泵或潜水泵。有条件时，也可选用离心泵。接排至下游最高尾水位以上。经过技术经济论证，渗漏水也可排往尾水隧洞，但应保证尾水隧洞检修时渗漏排水能正常运行。
（10）渗漏排水系统的布置要求。水泵集中在水泵房内，集水井设在水泵房的下层。集水井通常布置在安装间下层、厂房一端、尾水管之间或厂房上游侧。集水井的底部高程要足够低，以便自流集水。每个集水井至少设两台水泵，一台工作，一台备用。
2 原设计存在的问题
目前运行的某水电站机组渗漏水，在全厂渗漏水的排水设计上，仍设置了厂内渗漏集水井和坝内渗漏集水井，厂内集水井收集机组及设备漏水，而坝内集水井收集坝体渗漏水，但是机组大轴漏水量比较大，占所有渗漏水的75%。在运行过程中，常常存在以下几个问题：
1、由于各个集水井的设备故障时，排水能力有限，易造成水淹厂房。
2、两个集水井无法互补。
3 改进的方法
针对上述存在的问题，本文研究设计了一种水电厂集水井调节装置。改进后再没有出现一次水淹事故，并全部实现自动化及无人值守，安全可靠地运行近两年。
3.1 装置介绍
本实施例中，该水电厂集水井装置系统如图1所示，所述排水调节装置由机组漏斗A、阀门D1 和阀门D2 构成，其中机组漏斗设置在机组的漏水处，且机组漏斗的通过管道分别连接廊道1 和廊道 2，所述廊道1 与机组漏斗之间的管道上设置阀门D1，廊道2 与机组漏斗 15 之间的管道上设置阀门 D2，通过阀门 D1 和阀门D2 控制机组渗漏水的流向，从而集水井之间的互补性，运行方式更加灵活。
（1）廊道1 通过排水沟连接渗漏集水井1，渗漏集水井1 通过排水泵1将渗漏水排出，而廊道2 连通渗漏集水井2，渗漏集水井2 通过排水泵2 将渗漏水排出。
（2）渗漏集水井2 通过管道连接设备室地漏、普通地漏和厂房地漏，将水电厂中所有的渗漏水进行集中排出。
3.2 工作原理
本设计调节装置的工作原理是：因为机组渗漏水占所有渗漏水的 75%，通常情况下，渗漏集水井1收集廊道1和机组的渗漏水，而渗漏集水井2收集厂房地漏、设备地漏、其他地漏、廊道 B 的漏水，通过排水调节装置可以有效的切换机组漏水的流向，根据需要可以流向渗漏集水井1 或渗漏集水井2，也可以同时流向两个集水井，这样解决集水井之间的互补性，运行方式更加灵活。
4 结束语
该水电站集水井改造并投入运行以来，消除了水淹厂房等重大安全隐患，达到预期效果。为水电站科学安全运行提供了可靠的保证。
参考文献
[1]李郁侠，程云山，李延顺，等.水力发电机组辅助设备[M].中国水利水电出版社，2013.
[2]肖志勇.水电厂集水井控制系统的优化[J].华电技术，2013.
[3]马金华，郑太林.安城电站集水井管路系统的改造[J].小水电，2002
[4]周玉玲，郑小琴.水电站集水井抽水控制装置的改进措施[J].华电技术，2009
[5]谢云敏，刘德辉，曹欣，孙振辉.水电厂集水井自动化设计[J].中国农村水利水电，2003
[6]刘金虹.集水井抽排水系统改造[J].湖南水利水电，2005
摘 要：集水井是水电厂的重要组成部分，布置在整个厂房的的最低处，用于收集机组运行中的渗漏水和部分生活用水。本文设计了一种集水井调节装置，以解决全厂渗漏水的平衡问题，防止事故发生。
关键词：集水井调节装置；渗漏水
水电站集水井是电站渗漏水、检修水和部分生产用水的排泄系统。电站渗漏排水、通常包括厂内水工建筑物的渗水、机组顶盖与主轴密封漏水、钢管伸缩节漏水及供排水阀门管件漏水等，其主要特点是排水量小，高程较低，不能靠自流排至下游，所以设有集水井，把渗漏水集中起来，用水泵抽出。
1 渗漏排水系统技术要求
水电厂不能自流排除的用水和渗水要集中到集水井，再用水泵排到下游，这个系统称为渗漏排水系统。渗漏排水系统的任务是及时、可靠地排除生产弃水和渗漏水，避免厂房内部积水和潮湿。
水电厂厂房内各种渗漏水，通常通过排水沟和排水管，引至厂房最低部的集水井中，再用渗漏排水泵排至下游。渗漏排水主要包括：
（1）机械设备的漏水，水轮机顶盖与大轴密封的漏水。混流式水轮机通常用不少于两根具有足够断面的排水管，穿过固定导叶中部孔，把这一部分漏水自流排入集水井；轴流式水轮机则专门用水泵按水位自动控制启停，将这一部分漏水直接排至下游。
（2）厂房设备的生产排水。如冲洗滤水器的污水、水冷式空气压缩机的冷却水、油水分离器及储气罐的排水、空气冷却器壁外的冷凝水、空调用水的排水等，当无法直接靠自压排至厂外时，纳入渗漏排水系统。
（3）水电厂下部生活用水的排水。
（4）厂房水工建筑物的渗水。包括蜗壳和尾水管进入坑、蝶阀坑、低洼处、地面排水沟的积水。
渗漏排水的特征是排水量小，不集中，很难用计算方法予以确定，高程较低，不能靠自压排出。因此，一般水电厂需设置集水井将上述渗漏水收集起来，然后用水泵抽出。
1.1 厂房渗漏水量应计入的项目
（1）厂房水工建筑物的渗水。
（2）水轮机顶盖排水。
（3）压力钢管伸缩节漏水。
（4）排水管道上的阀门漏水。
（5）空气冷却器的冷凝水和检修防水。
（6）水冷式空气压缩机的冷却排水。
（7）水冷式变频器的冷却排水。
（8）气水分离器和储气罐排污水。
（9）厂房及发电机消防排水。
（10）水泵和管路漏水、结露水。
（11）空调器冷却排水。
（12）其他必须排入集水井的水。
1.2 渗漏排水集水井设计要求
（1）集水井汇集不能自流排出的厂内渗漏水，用泵自动地排至厂外。
（2）厂房围岩渗漏水有条件直接排往下游时，不应排至厂内集水井。但允许地下厂房围岩渗漏水排至集水井。
（3）集水井应布置在厂房最低处。集水井的报警水位应低于最底层的交通廊道、操作廊道及布置有永久设备场地的地面高程。
（4）应规定集水井工作泵启动水位、停泵水位、备用泵启动水位和报警水位等。
（5）集水井的有效容积，宜安汇集30～60min厂内总渗漏水量确定，有条件时，宜选大些。
（6）集水井底部应设集水坑，坑深应能淹没水泵吸水管底阀。集水井底部地面应有倾向集水坑的坡度。
（7）应设集水井的清污通道与清污措施。对多泥沙水电厂的集水井，排水泵底阀附近应设冲淤设施。
（8）厂房水工建筑物的渗漏水量应由厂房设计专业提供。其他渗漏水量可参照已建条件相似的水电厂和厂家资料估算。
1.3 渗漏排水系统自动化设计要求
（1）当厂房渗漏集水井水位超过整定水位时，应自动启动工作水泵。若水位继续升高达备用水泵启动水位，则应自动启动备用水泵并发信号。当水位下降至正常水位时，则应停止水泵运行。水位过高应发信号。
（2）厂内渗漏排水设备应自动操作，集水井应设置水位信号装置和报警装置。集水井排水装置能自动启、停工作水泵，工作泵故障时，备用泵能自动投入，在备用泵投入后，应能自动发信号或报警。
（3）集水井水位信号应远离水泵进口处，防止水泵工作时水位波动影响信号器，并应布置在便于维修检查的集水井进入孔附近。
（4）渗漏排水泵采用深井水泵时，深井泵的轴承润滑水管上宜设自动控制供水阀和示流信号器。
（5）渗漏排水泵（包括备用泵）的扬程应按最高尾水位，或出水口高程与集水井最低水位之差加上管道水力损失确定。
（6）渗漏排水工作泵的流量应按集水井的有效容积、渗漏水量和排水时间确定。排水时间宜取20～30min。工作泵的台数应安排水量确定。除工作泵外，至少应设置一台备用泵，其流量宜与工作泵相等。如有特殊原因，则允许加大备用泵的流量或选用多台备用泵。
（7）对于汛期尾水位变幅较大且持续时间较长的水电厂和多泥沙水电厂，可增设汛期专用渗漏排水泵和加大渗漏排水集水井容积。
（8）渗漏排水泵宜选用深水井泵、射流泵或潜水泵。有条件时，也可选用离心泵。接排至下游最高尾水位以上。经过技术经济论证，渗漏水也可排往尾水隧洞，但应保证尾水隧洞检修时渗漏排水能正常运行。
（10）渗漏排水系统的布置要求。水泵集中在水泵房内，集水井设在水泵房的下层。集水井通常布置在安装间下层、厂房一端、尾水管之间或厂房上游侧。集水井的底部高程要足够低，以便自流集水。每个集水井至少设两台水泵，一台工作，一台备用。
2 原设计存在的问题
目前运行的某水电站机组渗漏水，在全厂渗漏水的排水设计上，仍设置了厂内渗漏集水井和坝内渗漏集水井，厂内集水井收集机组及设备漏水，而坝内集水井收集坝体渗漏水，但是机组大轴漏水量比较大，占所有渗漏水的75%。在运行过程中，常常存在以下几个问题：
1、由于各个集水井的设备故障时，排水能力有限，易造成水淹厂房。
2、两个集水井无法互补。
3 改进的方法
针对上述存在的问题，本文研究设计了一种水电厂集水井调节装置。改进后再没有出现一次水淹事故，并全部实现自动化及无人值守，安全可靠地运行近两年。
3.1 装置介绍
本实施例中，该水电厂集水井装置系统如图1所示，所述排水调节装置由机组漏斗A、阀门D1 和阀门D2 构成，其中机组漏斗设置在机组的漏水处，且机组漏斗的通过管道分别连接廊道1 和廊道 2，所述廊道1 与机组漏斗之间的管道上设置阀门D1，廊道2 与机组漏斗 15 之间的管道上设置阀门 D2，通过阀门 D1 和阀门D2 控制机组渗漏水的流向，从而集水井之间的互补性，运行方式更加灵活。
（1）廊道1 通过排水沟连接渗漏集水井1，渗漏集水井1 通过排水泵1将渗漏水排出，而廊道2 连通渗漏集水井2，渗漏集水井2 通过排水泵2 将渗漏水排出。
（2）渗漏集水井2 通过管道连接设备室地漏、普通地漏和厂房地漏，将水电厂中所有的渗漏水进行集中排出。
3.2 工作原理
本设计调节装置的工作原理是：因为机组渗漏水占所有渗漏水的 75%，通常情况下，渗漏集水井1收集廊道1和机组的渗漏水，而渗漏集水井2收集厂房地漏、设备地漏、其他地漏、廊道 B 的漏水，通过排水调节装置可以有效的切换机组漏水的流向，根据需要可以流向渗漏集水井1 或渗漏集水井2，也可以同时流向两个集水井，这样解决集水井之间的互补性，运行方式更加灵活。
4 结束语
该水电站集水井改造并投入运行以来，消除了水淹厂房等重大安全隐患，达到预期效果。为水电站科学安全运行提供了可靠的保证。
参考文献
[1]李郁侠，程云山，李延顺，等.水力发电机组辅助设备[M].中国水利水电出版社，2013.
[2]肖志勇.水电厂集水井控制系统的优化[J].华电技术，2013.
[3]马金华，郑太林.安城电站集水井管路系统的改造[J].小水电，2002
[4]周玉玲，郑小琴.水电站集水井抽水控制装置的改进措施[J].华电技术，2009
[5]谢云敏，刘德辉，曹欣，孙振辉.水电厂集水井自动化设计[J].中国农村水利水电，2003
[6]刘金虹.集水井抽排水系统改造[J].湖南水利水电，2005
