王卫刚，毛鹏展

（1.黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西 太原030002，2.水利部杭州机械设计研究所，浙江 杭州310012）

0 引言

龙口水电站位于山西省河曲县与内蒙古自治区准格尔旗境内的黄河中上游地区，上游距万家寨水利枢纽25.6 km，为万家寨水电站的梯级反调节电站。电站共安装5台机组，其中4台为单机容量100 MW的轴流式机组和1台为容量20 MW的混流式机组，总装机容量为420 MW。厂内渗漏排水系统是水力发电机组重要的辅助设备之一，主要任务是避免厂房内部积水与潮湿，一般是将厂内渗漏水通过排水沟和排水管引至设在厂房最底部的集水井中，再用专设的渗漏排水泵排至尾水。

1 存在的问题

龙口水电站厂内渗漏集水井主要收集1号～10号坝段渗漏排水和1号、2号机组水轮机顶盖渗漏排水以及其他生产排出的污水。集水井地板高程为830.50 m，有效容积为431 m3。集水井共设置有3台型号为300H-40的立式长轴深井泵，额定流量：660 m3/h，扬程：39 m，功率：132 kW。排水泵的运行方式由水位传感器自动控制，排水泵2台主用，1台备用，定期自动轮换。系统未设计泥沙排淤装置，机组自2009年投运以来，集水井未进行过清淤工作，由于黄河泥沙较多，长时间淤积导致水泵轴承磨损、液位传感器故障、集水井容积变小等问题（曾引发过传感器因泥沙淤积发生故障导致的集水井廊道被淹没事件）。

1.1 排淤泵设备问题

龙口电站厂内渗漏集水井自2009年投运以来，从未进行过清淤工作，加之黄河泥沙较多，多年来集水井内淤积泥沙较厚。原设计为：厂内渗漏集水井、溢流坝段渗漏集水井和检修集水井，共用一台移动式潜水排污泵，型号为某泵业公司生产的WQ3260-216 型，额定流量：50～120 m3/h，扬程：27～43 m，额定功率：15 kW，潜水排污泵运行方式为手动控制运行，清淤时将泵放入井底，平时提出放在井外。

因施工期间及2009年投运后，对于集水井泥沙排淤工作未足够重视，该排淤泵从未运行过，一直安装在溢流坝段渗漏集水井中，在2014年10月对该泵进行检查时发现：该排污泵已被泥沙淤积到井底，且设备已损坏。各集水井泥沙淤积严重，厂内渗漏集水井最深处淤积达3.7 m；溢流坝段集水井最深处淤积达3 m；检修集水井淤积达3.5 m。长期的泥沙淤积和未投运排淤泵已导致淤泥板结和设备损坏。

1.2 集水井泥沙淤积

龙口电站地处黄河中上游，7～9月为汛期，河水中泥沙含量较重，过机平均含沙量为11.47～19.29 kg/m3。经过多年泥沙淤积，厂内渗漏集水井已淤积严重，已达到淤排平衡水平。经测量计算：厂内渗漏集水井最高处淤积约3.7 m（用测量绳从吊物孔测量）。井底淤积形态：排水泵周围已达到淤排平衡，排水泵吸入口周边形成较深的“凹坑”。远离排水泵部位淤积较重，从井壁到排水泵周围呈现斜坡态，见图1。

图1 集水井泥沙淤积

集水井的泥沙淤积的危害：①淤泥将直接导致投入式液位传感器出现故障或测试不准，影响主、备排水泵的正常启停。②随着集水井内泥沙含量的增加，将加快排水泵叶轮及轴承的磨损程度。③含沙水流是排水泵润滑水轴封盘根漏水的主要原因之一。④随着井内淤积，集水井的有效容积将被压缩，增加了排水泵的启动次数，缩短排水泵的使用寿命。⑤泥沙淤积过重时，会导致排水泵吸水口被堵塞，排水泵不能正常工作，存在水淹厂房的危险。

1.3 冲淤设施不合理

原设计未设置集水井清污通道和相关设施，多年来从未进行清淤工作，仅采用潜水排污泵，并未在多泥沙河流电站集水井设置冲淤和搅拌设施。加之黄河中上游区段泥沙颗粒较细，沙与泥混合在一起，黏性较大，泥沙板结严重，仅靠排污泵本身抽排很难清理。排污泵排淤过程只能抽排潜水泵的周围泥沙，对于板结及井壁四周的泥沙毫无作用。

2 改造方案

2.1 清淤泵的选择

选用潜水排污泵，潜水排污泵比深井泵耗电小，效率高，安装方便。现有技术在密封上已达到较高水平，不用考虑电机进水和密封不严的问题。综合考虑造价和质量，潜水泵作排污泵为首选产品。结合目前该集水井淤积较为严重的情况，采购1台DN100潜水排污泵，型号为：KTZ411，扬程：40 m，额定排水量60 m3/h，额定功率：11 kW，重量：133 kg，尺寸为：373 mm×806 mm（直径×高）。该泵的性能参数能够满足集水井清淤的扬程、流量、管路直径等因素的要求。考虑到该泵和扬水管安装后重量较大，安装时除将水泵水平放置在集水井淤泥上之外，还应考虑用导绳（链）将该泵进行悬吊，方便排水泵检修时起吊。

2.2 增设冲淤设施

冲淤系统可利用电站现有的0.7 MPa检修用气和1号机组蜗壳取水对井底泥沙进行搅拌扰流，使泥沙尽量与水混合后通过排污泵排至电站尾水。从水轮机层低压气罐室检修用气分支处接入DN15冲淤气管，在集水井泵房增设DN15球阀用于冲淤控制，采用DN15不锈钢管作为气管同排污泵扬水管分段固定吊装至井内。在排污泵上设计固定冲淤环管的固定架，将冲淤气管与固定架上的冲淤环管连接。在冲淤环管四周向侧下方（约15°方向）设置直径4 mm的冲淤嘴，冲淤嘴数量可根据现场情况进行设置，最大限度的提高搅拌扰流效果。

2.3 扬水管和吊物孔改造

现场未设计排污泵扬水管，本次改造需敷设相应的排水管路，从泵出口法兰至集水井泵房地面选用DN100无缝钢管，总长度约为35 m（以配管尺寸为准），每4 m配联接法兰一对，利于安装与检修。泵房内新安装管路与排水泵预埋管路对接，管路上增设示流信号器、压力表、蝶阀、逆止阀等，用于监视和截断水流。泵房内管路设置塑料管架固定牢靠，以消除水泵运行时管网的抖动。扬水管在安装前应做好除锈、防腐处理，该项工作完成后方可安装。吊物孔盖板的改造：本次加装冲淤泵位置位于检修集水井吊物孔盖板部位，盖板尺寸为1 190 mm×880 mm（长×宽），吊物孔盖板主要用于检修吊物、井底观察。本次改造因管路需穿过盖板，考虑到设备布置及现场美观，需在吊物孔盖板开200 mm孔，并在圆孔底部加设加强筋，盖板尺寸可根据现场管路布设情况而定，改造后应进行除锈和防腐处理。见图2。

图2 清淤设施安装示意图

2.4 运行方式

2.4.1 排沙期运行方式

7～9月为排沙期，渗漏排水系统排污泵按短周期间隔启动方式运行，具体如下：每3 d定期手动启动排污泵运行1次，每次启动运行约20 min，运行期间注意监视集水井水位（不低于Δ832.50 m）及排水管示流；排污泵投运前，先启动主排水泵将渗漏集水井水位排至最低（Δ834.00 m），并将冲淤气管路投气运行5 min后关闭，再投入排污泵运行。

2.4.2 非排沙期运行方式

7～9月以外的非排沙期，渗漏排水系统排污泵按长周期间隔启动方式运行，具体如下：每7 d定期手动启动排污泵运行1次，每次启动运行约20 min，运行期间注意监视集水井水位（不低于Δ832.50 m）及排水管示流；排污泵投运前，先启动主排水泵将渗漏集水井水位排至最低（Δ834.00 m），并将冲淤气管路投气运行5 min后关闭，再投入排污泵运行。

3 结语

龙口电站渗漏集水井清淤改造于2016年2月投入运行，经过1年多的运行实践证明，该改造有效地解决了集水井长期淤积的问题，系统运行稳定，排沙效果较好，达到了预期效果（从原来淤积的3.7 m下降到了1.4 m）。再经过长期的运行后，集水井的淤泥将会进一步清除，对于汛期新进的泥沙可以达到及时消除，对于板结的顽固泥沙可以逐步清除。该系统可根据实际情况实现PLC自动运行，减少大量的人力劳动，提高电站的安全稳定运行，达到预期的改造效果。