抽水蓄能電站水工管理認(rèn)識

1、從天荒坪電站談對抽水蓄能電站水工管理認(rèn)識我國首次于1968年和1972年分別在河北石家莊崗南水庫和北京密云水庫安 裝了抽水蓄能機(jī)組。由于水庫灌溉調(diào)度和機(jī)組質(zhì)量等原因，加之水頭低、容量小， 這些機(jī)組未能很好地發(fā)揮作用，也未能得到電網(wǎng)的重視。1978以后，隨著我國 經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電量大增，電網(wǎng)的峰谷差越來越大，加之80年代后期我國 核電起步，這一切促使抽水蓄能電站的建設(shè)得以加快發(fā)展。抽水蓄能電站與系統(tǒng)中其它調(diào)峰電源相比具有如下優(yōu)點：既可調(diào)峰又可填 谷；機(jī)組起停及升降負(fù)荷靈活、方便可靠，具有快速跟蹤負(fù)荷的能力；運行成本 低；減少火電機(jī)組的壓荷和開停機(jī)次數(shù)，改善火電、核電機(jī)組的運行條件，并降 低系

2、統(tǒng)煤耗和運行檢修費用、提高火電、核電機(jī)組的使用壽命；另為電網(wǎng)提供緊 急事故備用和承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)相等任務(wù)。正是由于抽水蓄能電站具有上述眾多 優(yōu)點，故其已成為國內(nèi)、外眾多電網(wǎng)首選的調(diào)峰電源。也正是由于作為調(diào)峰電源，使得抽水蓄能電站與常規(guī)水電站相比較，雖存在 很多的共性，但亦有眾多有別于常規(guī)水電站的鮮明的個性。水工管理工作即是其 中之一，而水工管理工作的核心則首當(dāng)是確保水工建筑物的安全、穩(wěn)定、健康運 行。抽水蓄能電站水工建筑物型式多樣、數(shù)量眾多、布置廣泛，與常規(guī)水電站相 比較，其特點主要集中在以下幾方面：為盡可能降低輸水道單位長度水頭損失，提高抽-發(fā)循環(huán)的綜合效率，樞 紐區(qū)多盡可能選擇在L/H較小

3、的區(qū)域，這就決定了抽水蓄能電站樞紐區(qū)多建于 山勢高大、地形陡峭之處。天荒坪上、下水庫天然高差約650m，輸水系統(tǒng)沿線山體孤立危巖眾多、峭 壁林立，危巖處理難以全面徹底、巡檢難度大，盡管有局部的攔石措施，但還是 難以確保位于坡腳的地面開關(guān)站和中控樓有足夠的安全余度，當(dāng)影響坡體和孤立 危巖穩(wěn)定的不利因素積累到一定的程度，若發(fā)生山體塌滑或危巖滾落時，地面開 關(guān)站和中控樓內(nèi)生命、財產(chǎn)安全將可能受到非常嚴(yán)重的威脅。由于抽水蓄能電站在電網(wǎng)中所承擔(dān)的獨特的調(diào)峰、填谷作用，故水庫始 終處于抽水、發(fā)電交替循環(huán)的復(fù)雜運行工況之下，特別是日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站， 其庫水位日變幅較大。天荒坪電站為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，其

4、上、下水庫工作深度分別為 28.42m（不頂事故，頂事故時則為36.18m）和44.8m，設(shè)計水位日變幅上庫28.42m、 下庫44.8m。在運行過程中，上庫庫盆瀝青護(hù)面和下水庫大壩面板不僅要受到 水的靜荷載作用，而且還要受到水的交變動荷載的作用，如此頻繁、反復(fù)的加載、 卸荷、再加載、再卸荷，必對瀝青混凝土防滲護(hù)面和下庫大壩面板適應(yīng)變形的能 力產(chǎn)生不利的影響。另，水位頻繁變化對水位變動帶內(nèi)的下庫庫岸穩(wěn)定亦產(chǎn)生不 利影響。水工建筑物多始終處于持續(xù)的高水頭作用下。特別是位于高壓輸水系統(tǒng)中下部的各施工支洞尤為其堵頭部位、距輸水系統(tǒng) 水平距離很近的各勘探平洞、廠房上游側(cè)排水觀測廊道以及該部位入巖達(dá)40

5、 50m的排水、觀測孔等，其滲透比降大于15倍甚至20倍以上，若有結(jié)構(gòu)面連通 則極有可能形成集中滲漏通道危及安全。天荒坪電站自2000年12月份六臺機(jī)全 部投運以來，上述部位由于承受了較大的水壓力，陸續(xù)出現(xiàn)了一系列若發(fā)現(xiàn)、處 理不及時將可能產(chǎn)生較為嚴(yán)重后果的事件：2002年5月23日水工巡檢人員在 例行的巡視檢查中首次發(fā)現(xiàn)位于7#施工支洞下岔2#堵頭部位出現(xiàn)較嚴(yán)重的射流 現(xiàn)象，射流量為2.22.4L/S左右，噴射壓力巨大根本無法測壓，給2#斜井的 運行帶來了巨大的安全隱患 2004年7月29日，5#、6#施工支洞出現(xiàn)涌水事 故，涌水流量約120L/S左右，經(jīng)放空斜井排查，涌水原因為高壓水流擊穿

6、2#輸 水系統(tǒng)下平段內(nèi)側(cè)砼薄弱部位，通過并迅速擴(kuò)大了排水管某處的缺陷部位，造成 水道內(nèi)大量高壓水的突然涌出 2005年11月底12月初，在PD15探洞樁號 為0+540、0+570、0+600處的鉆孔過程中，上述三孔在孔深分別為38m、18.2m、 10m時出現(xiàn)較大的涌水量，涌水壓力分別達(dá)5.2MPa、6.4MPa、6.4MPa，且自動 監(jiān)測資料顯示PD15探洞滲水量與庫水位相關(guān)性顯著，這說明PD15探洞與輸水 系統(tǒng)之間存在較緊密的水力聯(lián)系。而常規(guī)水電站其運行水頭一般不過幾十米至百米，水位日變幅也僅為幾厘 米、幾十厘米不等，所以在水庫運行過程中水工建筑物的變形量、變形速率均十 分有限，在有限的

7、時間內(nèi)完全有能力進(jìn)行很好地調(diào)整，而不似抽水蓄能電站（這 里以日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站為例）始終承受著以24h為一個周期的量大、速度快天荒坪電站上水庫為人造庫盆，防滲形式采用簡式瀝青混凝土防滲護(hù)面。面板在垂直方向設(shè)18條結(jié)構(gòu)縫，共19塊面板，每塊面板寬12 m。的變形，并承受較高的水壓力，所以抽水蓄能電站水工管理應(yīng)在以下幾方面予以加強(qiáng)：1、對水工建筑物的關(guān)注必須始終如履薄冰 常規(guī)水電站水工工作全年最緊 張、最繁忙的時段多僅在汛期，目的是為了確保大壩安全渡汛，保障下游人民群 眾的生命、財產(chǎn)安全，若汛期安全渡過，不再有大的雨水來臨，相對來說水工人 員身上的壓力要減輕很多。抽水蓄能電站汛期的壓力雖比常規(guī)水

8、電站要小一些， 但由于其水工建筑物始終處于高水頭的持續(xù)作用，發(fā)生突發(fā)事件的概率在全年各 個時段是相同的，故全體水工人員必須始終如履薄冰、始終緊繃安全這根弦。當(dāng) 然任何偶然事件的出現(xiàn)都有其必然性，這就要求水工專業(yè)人員盡最大可能匯集水 工建筑物各方面的運行信息，充分把握各水工建筑物的變化、發(fā)展規(guī)律，并作出 盡可能接近事實的判斷。2、關(guān)注的重點多、面廣 常規(guī)水電站關(guān)注的重點一般多僅為大壩是否安全、 庫岸是否穩(wěn)定，因為大壩安全、庫岸穩(wěn)定即意味著下游人民群眾的生命、財產(chǎn)安 全有了保障。而抽水蓄能電站關(guān)注的重點則不僅僅為大壩是否安全、庫岸是否穩(wěn) 定，必須予以高度關(guān)注的還有各施工支洞堵頭、距離輸水系統(tǒng)水平距

9、離很近的各 勘探平洞、廠房上游側(cè)排水觀測廊道以及該部位入巖達(dá)4050m的排水&滲壓觀 測孔、高壓鋼管外排水管、輸水系統(tǒng)沿線山體、高邊坡和棄渣場等，因為上述任 一部位出現(xiàn)險情可能都會引起水淹廠房和重大人身傷亡等災(zāi)難性事故的發(fā)生。3、鑒于危險點眾多，故必須建立水工建筑物危險點數(shù)據(jù)庫。根據(jù)運行以來 所掌握的各方面信息，并參考國內(nèi)、外抽水蓄能電站運行管理經(jīng)驗，對水工建筑 物可能出現(xiàn)的險情種類、出現(xiàn)的部位、危害性、誘因、預(yù)防措施以及險情出現(xiàn)后 的應(yīng)急和永久處理措施等進(jìn)行梳理、歸納，并結(jié)合實際情況一一及時加以整改、 完善和消除。4、盡可能實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)自動化。水工建筑物的變形、滲水是水工運行管理 進(jìn)行監(jiān)測的

10、主要項目，而影響這些監(jiān)測量的主要因素是水頭-水荷載即水庫水位。 而蓄能電站水庫運行特點是水位變化頻繁、變幅大，因此實現(xiàn)自動化監(jiān)測盡量做 到數(shù)據(jù)實時采集顯得尤為重要。自動監(jiān)測是實現(xiàn)水工管理上臺階的重要手段，要 盡可能創(chuàng)造條件實現(xiàn)各監(jiān)測項目的自動化采集和傳輸，特別是重要部位、敏感部 位的滲水監(jiān)測，因其反映異常情況比較直觀。從天荒坪電站投運6年多的經(jīng)驗來 看，滲水自動監(jiān)測的部位主要是：輸水系統(tǒng)部位各施工支洞堵頭、廠房上游側(cè)排 水觀測廊道、高壓鋼管外排水管、距離高壓輸水系統(tǒng)水平距離較近的施工勘探平 洞、壩后滲水、布置于水庫下游側(cè)或下部的排水觀測廊道等。5、高度重視現(xiàn)場巡查工作。應(yīng)該說現(xiàn)場巡查是水工日常

11、管理工作的一個不 可或缺的重要組成部分，其與自動監(jiān)測系統(tǒng)是不能相互替代的，而是互為補(bǔ)充。 由于影響某個變量的因子較多，故各監(jiān)測項目警戒值的確定比較困難，換言之， 用理論計算的警戒值來作為某個監(jiān)測項目的報警閥值意義是不大的。另，監(jiān)測儀 器布置的數(shù)量畢竟是有限的，出現(xiàn)險情的部位未必就一定安裝了監(jiān)測儀器，所以 這個自動監(jiān)測的真空區(qū)域就必須依靠現(xiàn)場巡查來發(fā)現(xiàn)問題。天荒坪這幾年的運行 情況就充分證明了這一點，歷次險情均由現(xiàn)場巡檢人員首先發(fā)現(xiàn)。6、在對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對比的基礎(chǔ)上，及時整合巡檢資料，特別 對重要部位和敏感部位，以便在第一時間掌握、發(fā)現(xiàn)水工建筑物在運行過程中可 能出現(xiàn)的各種異常情況，并采取有效的措施將險情或事故隱患消除于萌芽狀態(tài)， 以防患于未然。7、考慮到抽水蓄能電站樞紐區(qū)多布置于山勢高大、地形陡峭地區(qū)，發(fā)生