CN113846744A - 一种新型水电站机组顶盖排水系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型水电站机组顶盖排水系统，包括设置于水电站机组顶盖上的积水空间内的液位检测装置，设置于水电站机组顶盖上的并连通积水空间和预设排水管路的虹吸排水管路，设置于虹吸排水管路上靠近末端位置处的自动排水控制阀，设置于虹吸排水管路上的用于向虹吸排水管路末端充水以辅助启动虹吸排水的虹吸排水自动充水装置，以及与液位检测装置、自动排水控制阀、虹吸排水自动充水装置均电连接的排水自动控制器。本发明通过设置虹吸排水管路，巧妙利用了自然界虹吸原理，配合虹吸排水自动充水装置对虹吸排水管路末端充水，然后开启自动排水控制阀排出管内水下落时形成负压将顶盖积水空间内的积水吸出，实现有效排水。

Description

一种新型水电站机组顶盖排水系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及水电站机组排水设备技术，具体地讲，是涉及一种新型水电站机组顶盖排水系统及其实现方法。
背景技术
水电站中主轴为旋转部件，顶盖为固定部件，为防止顶盖内部积水通过大轴与顶盖之间的间隙涌入顶盖，采用主轴密封系统进行阻挡，主轴密封排水流至机组顶盖造成机组顶盖水位上涨，现在大中型水电站均采用潜水泵进行抽水，通过预设的排水管道排至含油渗漏集水井进行油污处理。当顶盖排水泵出现故障，此时没有备用的排水系统进行排水，则会导致水机室水位上涨，造成机组非计划停运，当机组停机不及时或者主轴密封漏水量大时则会导致水导轴承进水，甚至水淹厂房，故虽然顶盖排水系统只是机组的一个辅助系统，但是却严重影响机组的安全稳定运行。
苗尾电站机组顶盖排水系统位于每台机组水机室内，主排机组顶盖积水，设有三台潜水泵，其中两台(功率5.5kW,扬程35m，流量30-40m3/h)正常排水，一台(功率0.75kW,扬程30-40m，流量4-5m3/h)用于顶盖检修排水，排水至厂外▽1324.45油混水收集池进行处理后排放至下游尾水。正常情况下，1号、2号水泵在“自动”位，其中1台主用，1台备用，当顶盖水位达到750mm启主泵水位时，自动启动主用泵，当顶盖水位达到800mm启备用水泵时，自动启动备用泵，当水位达到850mm时发出水位高报警信号。3号检修水泵在“切除”位，当机组检修需排尽顶盖积水时手动投入。此外，每台机组顶盖上布设一根φ108的虹吸管，当顶盖漏水量增大或工作排水泵故障导致顶盖水位持续上涨，淹没顶盖高程▽1300.782即水位为2220mm时，虹吸管才开始虹吸排水，将顶盖积水排至厂房含油渗漏集水井，由含油渗漏排水泵排至含油污水系统进行处理后排放至下游尾水。
正常排水时，顶盖水位达850mm时即报水位高报警信号，故现有的顶盖虹吸排水管对顶盖的正常排水不能发挥作用。当顶盖水位高程达▽1300.782即水位为2220mm时，已淹没水导轴承及水导外循环油泵等设备，严重威胁机组的安全稳定运行，同时增加了水淹厂房的风险。
苗尾水电站每年从4月份开始顶盖潜水泵启动次数大幅度增加，6月份-9月份为汛期大方式运行，机组多是满负荷运行，各台机组每个月顶盖潜水泵启动均在400次以上，单台泵月启动在200次以上，平均每天启动7次以上，4号机组1、2号顶盖排水泵最长启动时间达59分钟，潜水泵频繁启动会导致使用寿命降低，水泵长期运行消耗电量在厂用电量中占比较大，耗电量较多，此外长期运行设备老化严重，设备可靠性降低，存在一定的风险。因此，亟需改进。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种更经济、更稳定的新型水电站机组顶盖排水系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型水电站机组顶盖排水系统，包括设置于水电站机组顶盖上的积水空间内的液位检测装置，设置于水电站机组顶盖上的并连通积水空间和预设排水管路的虹吸排水管路，设置于虹吸排水管路上靠近末端位置处的自动排水控制阀，设置于虹吸排水管路上的用于向虹吸排水管路末端充水以辅助启动虹吸排水的虹吸排水自动充水装置，以及与液位检测装置、自动排水控制阀、虹吸排水自动充水装置均电连接的排水自动控制器，其中，所述预设排水管路的设置位置低于顶盖内积水空间的最低水位，且预设排水管路与厂房含油渗漏集水井连通；所述虹吸排水管路呈倒U形状，其吸水口和排水口分别位于该倒U形状的两端，所述吸水口位于顶盖内积水空间的最低水位和排水水位之间并靠近最低水位所在平面，所述排水口与预设排水管路连通。
具体地，所述虹吸排水管路包括依次连接为一体并构成倒U形状的顶盖竖直段、上平段和排水竖直段，其中，吸水口位于顶盖竖直段的端部，排水口位于排水竖直段的端部，所述自动排水控制阀和虹吸排水自动充水装置均设置于排水竖直段上。
具体地，所述自动排水控制阀采用电动球阀，其安置于排水竖直段上并接收排水自动控制器发出的排水开闭控制信号。
具体地，所述排水竖直段上设有与自动排水控制阀并联的排水备用控制支管，该排水备用控制支管的两端分别连接并连通在该自动排水控制阀两端所在的排水竖直段上，该排水备用控制支管上设有排水手动球阀。
更具体地，所述虹吸排水自动充水装置包括与倒U形状的虹吸排水管路上的排水口所在一侧管道连通的充水管路，设置于充水管路上并与排水自动控制器电连接的自动充水控制阀，以及设置于充水管路上的隔断阀，其中，充水管路另一端的取水点配置为具备自压充水能力的尾水管。
作为优选，所述隔断阀采用手动球阀，所述自动充水控制阀采用电动球阀，其安置于充水管路上并接收排水自动控制器发出的充水开闭控制信号。
具体地，所述充水管路上设有与自动充水控制阀并联的充水备用控制支管，该充水备用控制支管的两端分别连接并连通在该自动充水控制阀两端所在的充水管路上，该充水备用控制支管上设有充水手动球阀。
进一步地，所述充水管路上设有与排水自动控制器电连接的用于记录充水量的充水流量计，通过匹配排水竖直段的空间可确定充水时间。
基于上述构造，本发明还提供了上述新型水电站机组顶盖排水系统的实现方法，包括以下步骤：
S1、配置排水手动球阀和充水手动球阀为常闭状态，隔断阀为常开状态，自动排水控制阀和自动充水控制阀为关闭状态；
S2、当顶盖内积水空间的水位到达设计的排水水位时，液位检测装置将排水水位信号反馈至排水自动控制器；
S3、排水自动控制器先向自动充水控制阀发送打开指令，自动控制开启自动充水控制阀，并在设定时间后向自动排水控制阀发送打开指令，自动控制开启自动排水控制阀，且向自动充水控制阀发送关闭指令，自动控制关闭自动充水控制阀；
S4、当顶盖内积水空间的水位降至设定值或最低水位时，液位检测装置将最低水位信号反馈至排水自动控制器；
S5、排水自动控制器向自动排水控制阀发送关闭指令，自动控制关闭自动排水控制阀。
其中，所述步骤S3中先后打开自动充水控制阀和自动排水控制阀间隔的设定时间为排水竖直段充满水的时间，通过预先测试确定或通过充水流量和充水时间计算确定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过设置虹吸排水管路，巧妙利用了自然界虹吸原理，配合虹吸排水自动充水装置对虹吸排水管路末端充水，然后开启自动排水控制阀排出管内水下落时形成负压将顶盖积水空间内的积水吸出，实现有效排水。而且本发明稳定性高，密封性好，操作逻辑较为简单，可以有效降低机组设备投资成本和方便后期检修维护，也减少了检修和维护成本，适于在水电站机组顶盖排水中应用。
(2)本发明通过配置排水充水备用控制支管和排水充水手动球阀，即使自动排水充水控制阀出现故障也可以通过手动操作控制实现手动排水功能，有效提高了水电站机组稳定运行的可靠性。
(3)本发明采用电动球阀和手动球阀作为排水控制器件，采购成本较现有技术采用潜水泵更低，可以明显减少设备投资成本和使用成本，并且电动球阀和手动球阀也较潜水泵更方便后期检修维护，也能够减少后期检修和维护的成本。
附图说明
图1为本发明-实施例的整体结构原理示意图。
图2为本发明-实施例的控制器连接原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1和2所示，该新型水电站机组顶盖排水系统，包括设置于水电站机组顶盖1上的积水空间2内的液位检测装置3，设置于水电站机组顶盖上的并连通积水空间和预设排水管路11的虹吸排水管路，设置于虹吸排水管路上靠近末端位置处的自动排水控制阀7，设置于虹吸排水管路上的用于向虹吸排水管路末端充水以辅助启动虹吸排水的虹吸排水自动充水装置20，以及与液位检测装置、自动排水控制阀、虹吸排水自动充水装置均电连接的排水自动控制器10，其中，所述预设排水管路的设置位置低于顶盖内积水空间的最低水位，且预设排水管路与厂房含油渗漏集水井12连通。所述排水自动控制器可采用PLC控制器实现。
具体地，所述虹吸排水管路呈倒U形状，其吸水口和排水口分别位于该倒U形状的两端，所述吸水口位于顶盖内积水空间的最低水位和排水水位之间并靠近最低水位所在平面，所述排水口与预设排水管路连通。所述虹吸排水管路包括依次连接为一体并构成倒U形状的顶盖竖直段4、上平段5和排水竖直段6，其中，吸水口位于顶盖竖直段的端部，排水口位于排水竖直段的端部，所述自动排水控制阀和虹吸排水自动充水装置均设置于排水竖直段上。具体地，所述自动排水控制阀采用电动球阀，其安置于排水竖直段上并接收排水自动控制器发出的排水开闭控制信号。所述排水竖直段上设有与自动排水控制阀并联的排水备用控制支管8，该排水备用控制支管的两端分别连接并连通在该自动排水控制阀两端所在的排水竖直段上，该排水备用控制支管上设有排水手动球阀9。
更具体地，所述虹吸排水自动充水装置20包括与倒U形状的虹吸排水管路上的排水口所在一侧管道连通的充水管路21，设置于充水管路上并与排水自动控制器电连接的自动充水控制阀22，以及设置于充水管路上的隔断阀23，其中，充水管路另一端的取水点配置为具备自压充水能力的尾水管13，水压可配置为0.2MPa。作为优选，所述隔断阀采用手动球阀，所述自动充水控制阀采用电动球阀，其安置于充水管路上并接收排水自动控制器发出的充水开闭控制信号。所述充水管路上设有与自动充水控制阀并联的充水备用控制支管24，该充水备用控制支管的两端分别连接并连通在该自动充水控制阀两端所在的充水管路上，该充水备用控制支管上设有充水手动球阀25。
进一步地，所述充水管路上设有与排水自动控制器电连接的用于记录充水量的充水流量计26，通过匹配排水竖直段的空间可确定充水时间。
基于上述构造，本发明还提供了上述新型水电站机组顶盖排水系统的实现方法，包括以下步骤：
S1、配置排水手动球阀和充水手动球阀为常闭状态，隔断阀为常开状态，自动排水控制阀和自动充水控制阀为关闭状态；
S2、当顶盖内积水空间的水位到达设计的排水水位时，液位检测装置将排水水位信号反馈至排水自动控制器；
S3、排水自动控制器先向自动充水控制阀发送打开指令，自动控制开启自动充水控制阀，并在设定时间后向自动排水控制阀发送打开指令，自动控制开启自动排水控制阀，且向自动充水控制阀发送关闭指令，自动控制关闭自动充水控制阀；其中，先后打开自动充水控制阀和自动排水控制阀间隔的设定时间为排水竖直段充满水的时间，通过预先测试确定或通过充水流量和充水时间计算确定；
S4、当顶盖内积水空间的水位降至设定值或最低水位时，液位检测装置将最低水位信号反馈至排水自动控制器；
S5、排水自动控制器向自动排水控制阀发送关闭指令，自动控制关闭自动排水控制阀。
所述排水自动控制器采用PLC控制器的逻辑可按上述实现方法的步骤实现。
本发明的工作原理：使用时，利用自然界虹吸原理，利用带有自压充水的尾水管对虹吸管进行充水，然后开启排水电动球阀，利用排水电动球阀至上平段的水下落时形成的负压将顶盖积水吸出；通过启动充水电动球阀和排水电动球阀来实现自动充排水功能，稳定性高，密封性好，操作逻辑较为简单，即使出现电动球阀故障仅需操作两个手动球阀即可实现手动排水功能，提高机组稳定运行的可靠性。
而且本发明设计的系统在水电站原有设备基础上也可以较为方便地进行改造，这对于需要较长时间保持工作状态的水电站应用至关重要。改造时，对虹吸排水管路上加装电动球阀和手动球阀；在水电站机组C修级别以上期间，将尾水管验水阀管路切开，加装三通，单独引出一路充水管路作为虹吸管供水水源，另一路保留验水阀功能；在虹吸排水管路的排水竖直段开孔，装配充水管路，在管路上加装手动球阀和电动球阀，并将两段充水管路接通；最后通过PLC配置排水自动控制器的指令，设置充水及排水逻辑，实现自动控制。
本发明进行相应的对比试验，苗尾电站原有潜水泵电机功率为5.5Kw，按两台泵月启动400次，每次启动时间36分钟计算，月消耗厂用电1320千瓦时；苗尾电站采用本发明的新系统，选用DN100 PN16的电动排水球阀，电操机构功率为0.09W，DN25的电动充水球阀电操机构功率为0.015W，全开全关时间按1分钟计算，月启动次数按400次计算，则电量消耗0.7千瓦时，消耗厂用电量低，长久运行下来为电站创造较为可观的经济效益。
经对苗尾电站顶盖排水系统及虹吸管排水系统进行试验对比发现，同一台机组同一满负荷工况下，原有顶盖排水泵排水时间为36分钟，按本发明改造后的顶盖虹吸管排水8分40秒，虹吸管排水效率将近为顶盖排水泵的4-5倍，理论上只要顶盖虹吸管管径加大，排水效率随之增高。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型水电站机组顶盖排水系统，其特征在于，包括设置于水电站机组顶盖上的积水空间内的液位检测装置，设置于水电站机组顶盖上的并连通积水空间和预设排水管路的虹吸排水管路，设置于虹吸排水管路上靠近末端位置处的自动排水控制阀，设置于虹吸排水管路上的用于向虹吸排水管路末端充水以辅助启动虹吸排水的虹吸排水自动充水装置，以及与液位检测装置、自动排水控制阀、虹吸排水自动充水装置均电连接的排水自动控制器，其中，所述预设排水管路的设置位置低于顶盖内积水空间的最低水位，且预设排水管路与厂房含油渗漏集水井连通；所述虹吸排水管路呈倒U形状，其吸水口和排水口分别位于该倒U形状的两端，所述吸水口位于顶盖内积水空间的最低水位和排水水位之间并靠近最低水位所在平面，所述排水口与预设排水管路连通。
2.根据权利要求1所述的新型水电站机组顶盖排水系统，其特征在于，所述虹吸排水管路包括依次连接为一体并构成倒U形状的顶盖竖直段、上平段和排水竖直段，其中，吸水口位于顶盖竖直段的端部，排水口位于排水竖直段的端部，所述自动排水控制阀和虹吸排水自动充水装置均设置于排水竖直段上。
3.根据权利要求2所述的新型水电站机组顶盖排水系统，其特征在于，所述自动排水控制阀采用电动球阀，其安置于排水竖直段上并接收排水自动控制器发出的排水开闭控制信号。
4.根据权利要求3所述的新型水电站机组顶盖排水系统，其特征在于，所述排水竖直段上设有与自动排水控制阀并联的排水备用控制支管，该排水备用控制支管上设有排水手动球阀。
5.根据权利要求1～4任一项所述的新型水电站机组顶盖排水系统，其特征在于，所述虹吸排水自动充水装置包括与倒U形状的虹吸排水管路上的排水口所在一侧管道连通的充水管路，设置于充水管路上并与排水自动控制器电连接的自动充水控制阀，以及设置于充水管路上的隔断阀，其中，充水管路另一端的取水点配置为具备自压充水能力的尾水管。
6.根据权利要求5所述的新型水电站机组顶盖排水系统，其特征在于，所述隔断阀采用手动球阀。
7.根据权利要求5所述的新型水电站机组顶盖排水系统，其特征在于，所述充水管路上设有与自动充水控制阀并联的充水备用控制支管，该充水备用控制支管上设有充水手动球阀。
8.根据权利要求5所述的新型水电站机组顶盖排水系统，其特征在于，所述充水管路上设有与排水自动控制器电连接的充水流量计。
9.如权利要求1～8任一项所述的新型水电站机组顶盖排水系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配置排水手动球阀和充水手动球阀为常闭状态，隔断阀为常开状态，自动排水控制阀和自动充水控制阀为关闭状态；
S2、当顶盖内积水空间的水位到达设计的排水水位时，液位检测装置将排水水位信号反馈至排水自动控制器；
S3、排水自动控制器先向自动充水控制阀发送打开指令，自动控制开启自动充水控制阀，并在设定时间后向自动排水控制阀发送打开指令，自动控制开启自动排水控制阀，且向自动充水控制阀发送关闭指令，自动控制关闭自动充水控制阀；
S4、当顶盖内积水空间的水位降至设定值或最低水位时，液位检测装置将最低水位信号反馈至排水自动控制器；
S5、排水自动控制器向自动排水控制阀发送关闭指令，自动控制关闭自动排水控制阀。
10.根据权利要求9所述的新型水电站机组顶盖排水系统的实现方法，其特征在于，所述步骤S3中先后打开自动充水控制阀和自动排水控制阀间隔的设定时间为排水竖直段充满水的时间，通过预先测试确定或通过充水流量和充水时间计算确定。
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Inventor before: He Guangli

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Application publication date: 20211228

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