抽水蓄能电站水工管理认识

1、从天荒坪电站谈对抽水蓄能电站水工管理认识我国首次于1968年和1972年分别在河北石家庄岗南水库和北京密云水库安 装了抽水蓄能机组。由于水库灌溉调度和机组质量等原因，加之水头低、容量小， 这些机组未能很好地发挥作用，也未能得到电网的重视。1978以后，随着我国 经济的快速发展，用电量大增，电网的峰谷差越来越大，加之80年代后期我国 核电起步，这一切促使抽水蓄能电站的建设得以加快发展。抽水蓄能电站与系统中其它调峰电源相比具有如下优点：既可调峰又可填 谷；机组起停及升降负荷灵活、方便可靠，具有快速跟踪负荷的能力；运行成本 低；减少火电机组的压荷和开停机次数，改善火电、核电机组的运行条件，并降 低系

2、统煤耗和运行检修费用、提高火电、核电机组的使用寿命；另为电网提供紧 急事故备用和承担系统调频、调相等任务。正是由于抽水蓄能电站具有上述众多 优点，故其已成为国内、外众多电网首选的调峰电源。也正是由于作为调峰电源，使得抽水蓄能电站与常规水电站相比较，虽存在 很多的共性，但亦有众多有别于常规水电站的鲜明的个性。水工管理工作即是其 中之一，而水工管理工作的核心则首当是确保水工建筑物的安全、稳定、健康运 行。抽水蓄能电站水工建筑物型式多样、数量众多、布置广泛，与常规水电站相 比较，其特点主要集中在以下几方面：为尽可能降低输水道单位长度水头损失，提高抽-发循环的综合效率，枢 纽区多尽可能选择在L/H较小

3、的区域，这就决定了抽水蓄能电站枢纽区多建于 山势高大、地形陡峭之处。天荒坪上、下水库天然高差约650m，输水系统沿线山体孤立危岩众多、峭 壁林立，危岩处理难以全面彻底、巡检难度大，尽管有局部的拦石措施，但还是 难以确保位于坡脚的地面开关站和中控楼有足够的安全余度，当影响坡体和孤立 危岩稳定的不利因素积累到一定的程度，若发生山体塌滑或危岩滚落时，地面开 关站和中控楼内生命、财产安全将可能受到非常严重的威胁。由于抽水蓄能电站在电网中所承担的独特的调峰、填谷作用，故水库始 终处于抽水、发电交替循环的复杂运行工况之下，特别是日调节抽水蓄能电站， 其库水位日变幅较大。天荒坪电站为日调节纯抽水蓄能电站，其

4、上、下水库工作深度分别为 28.42m（不顶事故，顶事故时则为36.18m）和44.8m，设计水位日变幅上库28.42m、 下库44.8m。在运行过程中，上库库盆沥青护面和下水库大坝面板不仅要受到 水的静荷载作用，而且还要受到水的交变动荷载的作用，如此频繁、反复的加载、 卸荷、再加载、再卸荷，必对沥青混凝土防渗护面和下库大坝面板适应变形的能 力产生不利的影响。另，水位频繁变化对水位变动带内的下库库岸稳定亦产生不 利影响。水工建筑物多始终处于持续的高水头作用下。特别是位于高压输水系统中下部的各施工支洞尤为其堵头部位、距输水系统 水平距离很近的各勘探平洞、厂房上游侧排水观测廊道以及该部位入岩达40

5、 50m的排水、观测孔等，其渗透比降大于15倍甚至20倍以上，若有结构面连通 则极有可能形成集中渗漏通道危及安全。天荒坪电站自2000年12月份六台机全 部投运以来，上述部位由于承受了较大的水压力，陆续出现了一系列若发现、处 理不及时将可能产生较为严重后果的事件：2002年5月23日水工巡检人员在 例行的巡视检查中首次发现位于7#施工支洞下岔2#堵头部位出现较严重的射流 现象，射流量为2.22.4L/S左右，喷射压力巨大根本无法测压，给2#斜井的 运行带来了巨大的安全隐患 2004年7月29日，5#、6#施工支洞出现涌水事 故，涌水流量约120L/S左右，经放空斜井排查，涌水原因为高压水流击穿

6、2#输 水系统下平段内侧砼薄弱部位，通过并迅速扩大了排水管某处的缺陷部位，造成 水道内大量高压水的突然涌出 2005年11月底12月初，在PD15探洞桩号 为0+540、0+570、0+600处的钻孔过程中，上述三孔在孔深分别为38m、18.2m、 10m时出现较大的涌水量，涌水压力分别达5.2MPa、6.4MPa、6.4MPa，且自动 监测资料显示PD15探洞渗水量与库水位相关性显著，这说明PD15探洞与输水 系统之间存在较紧密的水力联系。而常规水电站其运行水头一般不过几十米至百米，水位日变幅也仅为几厘 米、几十厘米不等，所以在水库运行过程中水工建筑物的变形量、变形速率均十 分有限，在有限的

7、时间内完全有能力进行很好地调整，而不似抽水蓄能电站（这 里以日调节纯抽水蓄能电站为例）始终承受着以24h为一个周期的量大、速度快天荒坪电站上水库为人造库盆，防渗形式采用简式沥青混凝土防渗护面。面板在垂直方向设18条结构缝，共19块面板，每块面板宽12 m。的变形，并承受较高的水压力，所以抽水蓄能电站水工管理应在以下几方面予以加强：1、对水工建筑物的关注必须始终如履薄冰 常规水电站水工工作全年最紧 张、最繁忙的时段多仅在汛期，目的是为了确保大坝安全渡汛，保障下游人民群 众的生命、财产安全，若汛期安全渡过，不再有大的雨水来临，相对来说水工人 员身上的压力要减轻很多。抽水蓄能电站汛期的压力虽比常规水

8、电站要小一些， 但由于其水工建筑物始终处于高水头的持续作用，发生突发事件的概率在全年各 个时段是相同的，故全体水工人员必须始终如履薄冰、始终紧绷安全这根弦。当 然任何偶然事件的出现都有其必然性，这就要求水工专业人员尽最大可能汇集水 工建筑物各方面的运行信息，充分把握各水工建筑物的变化、发展规律，并作出 尽可能接近事实的判断。2、关注的重点多、面广 常规水电站关注的重点一般多仅为大坝是否安全、 库岸是否稳定，因为大坝安全、库岸稳定即意味着下游人民群众的生命、财产安 全有了保障。而抽水蓄能电站关注的重点则不仅仅为大坝是否安全、库岸是否稳 定，必须予以高度关注的还有各施工支洞堵头、距离输水系统水平距

9、离很近的各 勘探平洞、厂房上游侧排水观测廊道以及该部位入岩达4050m的排水&渗压观 测孔、高压钢管外排水管、输水系统沿线山体、高边坡和弃渣场等，因为上述任 一部位出现险情可能都会引起水淹厂房和重大人身伤亡等灾难性事故的发生。3、鉴于危险点众多，故必须建立水工建筑物危险点数据库。根据运行以来 所掌握的各方面信息，并参考国内、外抽水蓄能电站运行管理经验，对水工建筑 物可能出现的险情种类、出现的部位、危害性、诱因、预防措施以及险情出现后 的应急和永久处理措施等进行梳理、归纳，并结合实际情况一一及时加以整改、 完善和消除。4、尽可能实现监测系统自动化。水工建筑物的变形、渗水是水工运行管理 进行监测的

10、主要项目，而影响这些监测量的主要因素是水头-水荷载即水库水位。 而蓄能电站水库运行特点是水位变化频繁、变幅大，因此实现自动化监测尽量做 到数据实时采集显得尤为重要。自动监测是实现水工管理上台阶的重要手段，要 尽可能创造条件实现各监测项目的自动化采集和传输，特别是重要部位、敏感部 位的渗水监测，因其反映异常情况比较直观。从天荒坪电站投运6年多的经验来 看，渗水自动监测的部位主要是：输水系统部位各施工支洞堵头、厂房上游侧排 水观测廊道、高压钢管外排水管、距离高压输水系统水平距离较近的施工勘探平 洞、坝后渗水、布置于水库下游侧或下部的排水观测廊道等。5、高度重视现场巡查工作。应该说现场巡查是水工日常

11、管理工作的一个不 可或缺的重要组成部分，其与自动监测系统是不能相互替代的，而是互为补充。 由于影响某个变量的因子较多，故各监测项目警戒值的确定比较困难，换言之， 用理论计算的警戒值来作为某个监测项目的报警阀值意义是不大的。另，监测仪 器布置的数量毕竟是有限的，出现险情的部位未必就一定安装了监测仪器，所以 这个自动监测的真空区域就必须依靠现场巡查来发现问题。天荒坪这几年的运行 情况就充分证明了这一点，历次险情均由现场巡检人员首先发现。6、在对各类监测数据进行分析、对比的基础上，及时整合巡检资料，特别 对重要部位和敏感部位，以便在第一时间掌握、发现水工建筑物在运行过程中可 能出现的各种异常情况，并采取有效的措施将险情或事故隐患消除于萌芽状态， 以防患于未然。7、考虑到抽水蓄能电站枢纽区多布置于山势高大、地形陡峭地区，发生