福建周宁抽水蓄能电站1号输水系统充排水试验

曹竹，巫美强，周站勇

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州，311122；
2.中国华电集团有限公司福建分公司，福建 福州，350013；
3.华电福新周宁抽水蓄能有限公司，福建 宁德，352100）

抽水蓄能电站输水系统充排水试验是电站正式运行前的第一次受荷试验，是一次加载、卸载、检查、监测、查缺和消缺的过程，是电站可靠运行的重要保障。

依照DL/T 1770—2017《抽水蓄能电站输水系统充排水技术规程》[1]，对福建周宁抽水蓄能电站1号输水系统的尾水系统进行了充排水试验，对引水系统进行了充水试验。通过充排水试验，根据试验过程中渗透压力、钢筋应力、裂缝开度等监测项目的测值及变化规律，对监测结果进行分析和总结，以供同类工程设计、施工、管理等参考。

周宁抽水蓄能电站位于福建省宁德市周宁县境内，为日调节纯抽水蓄能电站，装机容量4×300 MW。枢纽建筑物主要包括上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群和地面开关站等，为一等大（1）型工程。输水系统位于上、下水库之间的山体内，距高比3.25，总长约1 732.8 m（沿1号输水系统长度），其中引水系统长1 209.9 m，尾水系统长522.9 m。输水系统采用两洞四机布置，主要建筑物包括上库进/出水口、引水上平洞、引水上斜井、引水中平洞、引水下斜井、引水下平洞、引水钢岔管、引水支管、尾水支管、尾水岔管、尾水下平段、尾水斜井、尾水上平段和下库进/出水口等。

引水隧洞平面呈“L”形折线布置，立面采用上、下两级斜井布置，从中平洞中部至厂房上游边墙采用钢衬，其余部位为混凝土衬砌段。尾水隧洞平面呈反“L”形折线布置，立面采用平洞+斜井布置形式，与下水库进/出水口相接，斜井角度50°。

通过充排水试验主要可检验和观测以下几个方面[2]：

（1）检验和观测整个输水系统及施工支洞堵头的工程质量及运行情况；

（2）观测输水系统所处部位围岩的工程地质和水文地质变化情况；

（3）检验各项预埋监测仪器的运行情况并取得监测结果；

（4）检验输水系统放空排水设备的操作程序及运行情况；

（5）进行上、下库进/出水口闸门及尾水事故闸门静水调试，检查开关、调节及联锁功能，与计算机监控系统LCU 远方联动调试，进行调速器、活动导叶静水调试；

（6）检查机组尾水管、导水机构、蜗壳、相关密封及测压系统管路的渗漏水情况。

3.1 土建工程部分

3.1.1 上、下水库

上、下水库已通过蓄水安全鉴定。下水库蓄水至正常蓄水位，上水库无水。上、下库大坝除坝顶结构外，均已完成。

3.1.2 输水系统

已完成上、下库1 号和2 号进/出水口前池底板、拦渣坎及进/出水口结构（一、二期）混凝土工程；
上库进/出水口1号、2号启闭机房启闭机层框架柱及楼梯间浇筑完成；
厂房四台机组混凝土均已浇筑至208.00 m 高程；
1 号输水系统其余部位土建工程全部完成，靠近1号输水系统的施工支洞均已封堵完成且达到设计强度；
1 号输水系统内临时防护等设施已拆除，并清理干净；
除上斜井上弯段外，2号输水系统上斜井-中平洞衬砌混凝土已全部完成。

输水系统中平洞及下平洞高压管道排水廊道排水孔、地下厂房三层排水廊道排水孔及落水孔全部完成；
尾闸洞集水井具备汇水及抽排水能力。

上、下库进/出水口结构及边坡部位，1 号输水系统（引水隧洞、压力管道、钢岔管、尾水隧洞和尾水岔管等）和施工支洞封堵段所有观测仪器均已安装完成并能正常观测；
输水系统及厂房各层排水廊道内所有观测仪器（包括渗压计、测压管和量水堰等）已安装完成并取得初期监测数据。

3.2 金属结构部分

安装并调试完成了上、下库进/出水口拦污栅，上库事故闸门（含充水阀）及启闭机，下库检修闸门（含充水阀）及启闭机，1～4号尾水事故闸门及启闭机，充水系统。

4.1 试验方式

4.1.1 尾水系统

本电站埋深大，尾水系统承受较大的水压，为了安全运行和防止事故扩大，采用分段充水。首次充排水时，因机组设备未完成安装及调试，机组不具备过流条件，故先进行尾水事故闸门下游侧尾水系统的充排水试验，充水方式采用下水库进/出水口检修闸门充水阀充水。该段充排水试验过程一般包括充水、排水、检查处理及再充水。

4.1.2 引水系统

本工程上水库蓄水量不满足引水系统充水要求，因此采用厂房内充水泵进行引水系统充水。充水后，相关水工建筑物和机电设备无异常，因此充排水指挥部明确排水试验暂不进行，择机再做。

4.2 试验程序

4.2.1 尾水系统

尾水系统充排水分两段进行，第一段为尾水系统（尾水事故闸门到下库检修闸门段），第二段为机组过流段（尾水事故闸门到机组流道段）。根据试验前的工程面貌，考虑机组不具备过水条件的工况，仅进行尾水系统充排水试验，具体充排水程序为：1 号、2 号尾水事故闸门下闸锁定→打开下库进/出水口检修闸门充水阀（平洞段充水量不大于1 000 m3/h、斜井段充水上升速率不大于5 m/h）→充水至下库库水位→稳压72 h→通过全厂公共供水总管至渗漏排水系统自流排水，尾水隧洞水位降至222.70 m高程，用一台检修排水水泵抽水至188.50 m高程→用两台检修排水水泵抽水至183.70 m 高程→小开度打开尾水事故闸门对上游尾水系统平压充水→用检修排水大泵抽水至181.90 m 高程→用排水小泵抽水至181.00 m 高程→停止抽水→用自流排水管排至渗漏集水井。

4.2.2 引水系统

1号引水系统充水试验采用平压充水和充水泵相结合的方式。1 号引水系统充水量3.481 万m3，承受最大静水头486.5 m（190.80 m 高程至下库蓄水位677.30 m高程），充水时下水库蓄水位296.80 m高程，利用厂房内充水泵对引水系统充水，充水分四级，第一级至第三级稳压24 h，第四级稳压48 h。平洞段充水强度按不大于1 000 m3/h 控制，斜井钢衬段水位上升速率不大于10 m/h，斜井衬砌段水位上升速率不大于5 m/h。具体充水程序为：

（1）引水隧洞平压充水。充水路径：1号公共取水管→全厂公共供水总管→压力钢管试验排水管（2 号压力钢管排水管与全厂公共供水总管的连接管路）→2 号压力钢管排水管。对1 号引水隧洞的下平洞和下斜井进行充水。

（2）引水隧洞充水泵充水。充水路径：1号公共取水管→1～2号机组技术供水系统公共总管→1号引水隧洞充水泵取水管→1 号引水隧洞充水泵→1号压力钢管排水管。对1号引水隧洞的中平洞、上斜井和上平洞进行充水。

4.3 试验过程

4.3.1 尾水系统

1 号尾水系统完成了充水、排水和回充水试验。尾水系统容量约15 500 m3，充水试验历时为99.6 h，排水试验历时为51.0 h，回充水试验历时为29.6 h，见表1。

表1 1号尾水系统充排水试验过程数据Table 1 Data of water filling and drainage test of tailrace system No.1

4.3.2 引水系统

1号引水系统仅进行了充水试验。引水系统容量约34 810 m3，按照约150 m一台阶分成四级进行充水，分别在342.00 m、490.00 m和652.00 m高程稳压24 h，在677.30 m高程稳压48 h。

5.1 渗漏量观测

两输水系统尾水隧洞之间的岩体厚度为17 m，引水中平洞之间的岩体厚度为42.2 m。1号输水系统充排水试验期间，2号输水系统无集中渗水点，混凝土面有少量湿润，但无滴水现象。

分别在1 号、5 号、6 号、7 号施工支洞堵头附近设置量水堰测量1号输水系统的渗漏量。其中1号施工支洞位于引水上平洞，6 号施工支洞位于引水中平洞，5号施工支洞位于尾水下平洞，7号施工支洞位于尾水上平洞。

5.1.1 尾水系统

1 号尾水系统初次充水时，5 号施工支洞堵头附近三个渗水点总渗水量为1.119 L/s，7 号施工支洞堵头附近无集中渗水点。尾水系统排水后，对渗水点采用水泥、聚氨酯化学灌浆材料进行封堵。回充水时渗漏量明显减少，最终渗漏量稳定在0.584 L/s。

5.1.2 引水系统

初次充水时，稳压过程中除6号施工支洞附近一个渗水点最大渗水量为0.094 L/s、1 号施工支洞附近一个渗水点最大渗水量为0.037 L/s外，其余部位均无渗水点。1 号引水系统充水至最高水位后，渗漏量合计为0.131 L/s，均小于设计允许值。

5.2 原型观测

5.2.1 尾水系统

尾水岔管及尾水隧洞埋设的渗压计观测结果表明，充水过程中，渗压计测值随内水压力的增加而增大，在最高水位时，内、外水压力基本持平；
排水过程中，渗压计数值随水位降低而减小。说明尾水系统混凝土衬砌采用限裂设计，由围岩抵抗内水压力及渗水的假定是符合实际的。

充水过程中，尾水系统埋设的多点位移计、钢筋应力计和测缝计测值随水位增加而逐渐增大，但不显著，均小于设计值。推测是当混凝土衬砌开裂后，内外水压平衡，混凝土及钢筋均在允许应力范围内，变形和受力变化不大。

5.2.2 引水系统

引水岔管段处渗压计测值与引水系统充水水位无相关性，充水过程中测缝计和多点位移计测值变化较小。

引水中平洞处设置两个监测断面，分别位于衬砌段（桩号引（1）0+473.081）和钢衬段（桩号引（1）0+480.546）。两断面锚杆应力在-3.87～4.28 MPa，随充水水位升高，测值不断增大；
测缝计开合度变化分别为-0.10～0.02 mm 和-0.02～0.23 mm，开合度变化较小；
钢衬段断面处钢板缝隙计开合度变化为-0.33～0.21 mm，开合度变化也较小。

衬砌段两支渗透压力计测值与充水水位呈明显正相关性。钢衬段两支渗透压力计测值与充水水位也有一定的正相关性，当充水水位达676.00 m高程时，最大渗透压力为2 117.35 kPa。钢筋计充水期间整体呈受拉状态，说明引水中平洞钢筋混凝土衬砌段有缝隙或渗水通道产生，而钢衬段由于分界部位的灌浆帷幕增加了绕渗长度，渗透压力较钢筋混凝土衬砌段小。

福建周宁抽水蓄能电站1 号输水系统充排水试验渗漏量较小，监测数值正常，尾水系统经放空检查未发现异常，说明输水系统设计合理，施工质量较好。

（1）尾水系统首次充水时，发现尾水事故闸门部位漏水；
引水系统首次充水至上斜井位置时，6号施工支洞位置进人孔法兰盖部位漏水。充排水指挥部均在第一时间做出排水、消缺、再充水的指令，充分确保整个试验过程安全可靠。

（2）本次试验尾水系统充排水共历时7.5 d、引水系统充水历时19 d。若前期准备充分，试验时间还能缩短。尾水系统排水放空后检查发现，尾水混凝土岔管和尾水支管之间有一道环向缝张开。■