阅读说明：本技术 水垫塘检修排水及回充水系统、排水方法和回充水方法 (Water-cushion pond maintenance drainage and water refilling system, drainage method and water refilling method ) 是由 方杰 曹春建 李胜兵 许志翔 吴胜华 方晓红 袁静 于 2020-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种水垫塘检修排水及回充水系统、排水方法和回充水方法。本发明的目的是提供一种安全可靠、切实可行的水垫塘检修排水及回充水系统、排水方法和回充水方法。本发明的技术方案是：该系统设置于二道坝内,具有：自流充排水管,连通二道坝上游水垫塘和下游河道；流量计,安装于所述自流充排水管上；集水池,设置于水垫塘底部与二道坝相连区域；检修排水管路,包括检修取水管、检修排水总管Ⅰ、检修排水支管和检修排水总管Ⅱ；反冲洗管路,包括检修取水管、检修排水总管Ⅰ和检修排水总管Ⅱ；压力变送器,安装于检修排水总管Ⅰ,用于监视水垫塘内集水池的水位；控制监测系统,与流量计和压力变送器电路连接。本发明适用于水利水电工程领域。(The invention relates to a system, a method and a method for overhauling, draining and refilling water of a plunge pool. The invention aims to provide a safe, reliable and feasible system, method and method for overhauling, draining and refilling water of a plunge pool. The technical scheme of the invention is as follows: the system is arranged in a secondary dam and is provided with: the self-flowing water filling and draining pipe is communicated with the upstream plunge pool of the secondary dam and the downstream river channel; the flowmeter is arranged on the self-flowing water filling and draining pipe; the water collecting tank is arranged in a region where the bottom of the plunge pool is connected with the secondary dam; the maintenance drainage pipeline comprises a maintenance water intake pipe, a maintenance drainage main pipe I, maintenance drainage branch pipes and a maintenance drainage main pipe II; the backwashing pipeline comprises a maintenance water intake pipe, a maintenance drainage main pipe I and a maintenance drainage main pipe II; the pressure transmitter is arranged on the maintenance drainage main pipe I and is used for monitoring the water level of the water collecting tank in the plunge pool; and the control monitoring system is in circuit connection with the flowmeter and the pressure transmitter. The invention is suitable for the field of water conservancy and hydropower engineering.)

水垫塘检修排水及回充水系统、排水方法和回充水方法

技术领域

本发明涉及一种水垫塘检修排水及回充水系统、排水方法和回充水方法。适用于水利水电工程领域。

背景技术

水垫塘是拱坝坝后的消能防冲保护工程，防止拱坝泄水后坝基产生冲蚀破坏，保护坝的安全稳定。通常在拱坝泄洪运行，或暴雨时岸坡塌方可能会对水垫塘产生冲蚀破坏。为了保障大坝的安全，一般都需要定期对水垫塘进行抽水检修维护。

(1)目前我国已建的二滩、拉西瓦、小湾等大型水电站的水垫塘多采用临时抽排水系统对水垫塘抽水排空进行检修。

临时抽排方式主要有以下不足之处：1、系统搭建工作量大，排水系统和组装程序繁琐；2、系统全程基本都需要人工干预，无法实现自动控制和监测，运行、维护不方便；3、抽水系统设备均布置在户外，排水系统故障率高，工作效率低，排水时间长；4、临时电源和机电设备裸露在外，可能会给工作人员带来安全隐患。

(2)专利号为201020554462.5的中国专利“水垫塘的给排水系统”提供了一种在二道坝内设置固定式抽排水泵房供水垫塘检修使用的方案，其优点为：与之前方案相比，可以实现水垫塘检修时充排水的自动控制操作。

但这种方案也有不少缺点，主要为：1、设置在水泵前后的抽水管低于水垫塘底部，设置的排水管则低于或者接近河床底部，由于该系统仅在水垫塘检修时需要，平常并不运行，长时间的静止状态，抽排水管路自然存在淤积，导致系统出现堵塞，且管道内的清淤困难，因此取排水口及管路的设置要选择合理的位置，并且还要考虑有一定的反冲洗功能；2、水泵系统仅设置了控制阀门，功能并不明确，实际上在水垫塘前后水压平衡后，水泵需要造压运行以满足水泵正常运行需要，需要增加泵控阀和造压阀来满足系统运行需要；3、水垫塘检修排水系统是由多台泵组组成运行，根据水垫塘塘内水位综合考虑运行，同时未考虑水垫塘底部少量积水时的汇集及排水；4、大型水垫塘两岸边坡较高，水垫塘后的二道坝要考虑河谷谷幅变形的影响，谷幅变形会对泵房结构及抽排水管路造成极大的影响，本专利也未考虑此影响；5、在取排水管口处既有上游泄洪所产生的滚石、也有上游未清理干净的编制袋等杂物，给水泵、阀门及排水管路安全运行造成极大的安全隐患，这些因素的应对方案在本专利也未得到体现，需要设置过滤设备，6、未考虑充排水管路系统实际应用的水位范围，同时也未考虑在高速水流下所产生的噪音；7、下游河道的取排水口封堵检修在水体中也要考虑相应的措施；因此按照本发明方案作为工程应用，尚需要解决一系列问题，因而其实用价值并不是很高。

(3)专利公开号为CN103556611B的中国专利“可发电的水垫塘充排水系统”提供了一种在二道坝排水廊道内设置抽水蓄能发电厂房，通过设置可逆式水轮发电机组利用水垫塘自动充水和排水的水能落差以及收集两岸山体的渗漏水量用于发电，在满足水垫塘检修排水的需要，降低了电站辅助系统的能耗；检修设备能够长期用于发电，也提高了设备的利用率，降低了设备的故障率；本系统大量减少了充排水时所耗的电能以及电站辅助系统运行时的运行维护费用，技术方案更可靠、更节能环保。

但是在上述专利号为201020554462.5的中国专利“水垫塘的给排水系统”存在的缺点方面，没有相应考虑，因而也限制该可发电的水垫塘充排水系统在水垫塘检修排水设施中的真正运用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种安全可靠、切实可行的水垫塘检修排水及回充水系统、排水方法和回充水方法。

本发明所采用的技术方案是：一种水垫塘检修排水及回充水系统，设置于二道坝内，其特征在于，具有：

自流充排水管，连通二道坝上游水垫塘和下游河道，其上配有充排水阀组；

流量计，安装于所述自流充排水管上，用于获取自流充排水管管内得流量变化；

集水池，设置于水垫塘底部与二道坝相连区域，该集水池的进水口处设有双层拦污栅；

检修排水管路，包括检修取水管、检修排水总管Ⅰ、检修排水支管和检修排水总管Ⅱ，检修取水管一端连通所述集水池，检修取水管另一端连通检修排水总管Ⅰ，检修排水总管Ⅰ与检修排水总管Ⅱ之间经若干检修排水支管相连通，检修排水总管Ⅱ的出水口连通下游河道；其中所述检修取水管上装有检修取水隔离阀，所述检修排水支管上装有检修排水泵；

反冲洗管路，包括所述检修取水管、检修排水总管Ⅰ和检修排水总管Ⅱ，在检修排水总管Ⅰ与检修排水总管Ⅱ经反冲洗管相连，反冲洗管上配有反冲洗阀组；

压力变送器，安装于所述检修排水总管Ⅰ，用于监视水垫塘内集水池的水位；

控制监测系统，与所述流量计和压力变送器电路连接；

所述检修取水管分为检修取水管Ⅰ和检修取水管Ⅱ，其中检修取水管Ⅰ、Ⅱ的取水口分别位于集水池内高、低不同高程。

所述检修排水总管Ⅱ的出水口经三通连通所述自流充排水管，所述充排水阀组包括位于三通上游的上游充排水阀组和位于三通下游的下游充排水阀组。

所述自流充排水管上与检修排水总管Ⅱ相连部位高程高于其两端端口高程。

所述检修取水管的取水口处设有拦污栅。

部分所述检修排水支管上的检修排水泵采用检修排水小泵，其余检修排水支管上的检修排水泵采用检修排水大泵。

所述检修排水总管Ⅱ分为检修排水总管Ⅱ-Ⅰ和检修排水总管Ⅱ-Ⅱ，所述检修排水小泵和部分检修排水大泵连通所述检修排水总管Ⅱ-Ⅰ，其余所述检修排水大泵连通所述检修排水总管Ⅱ-Ⅱ。

所述自流充排水管分为于所述检修排水总管Ⅱ-Ⅰ相连的自流充排水管Ⅰ和与检修排水总管Ⅱ-Ⅱ相连的自流充排水管Ⅱ。

所述自流充排水管的与下游河道相连端制有能安装盲板的法兰。

一种所述水垫塘检修排水及回充水系统的排水方法，其特征在于：

打开自流充排水管上的充排水阀组，将水垫塘内高于下游河道水位的全部水体排至下游河道当中；

根据自流充排水管上流量计的流量信号变化，判断水垫塘内水位和下游河道内的水位情况；

当水垫塘水位与下游河道水位基本持平时，关断充排水阀组，打开检修取水管Ⅰ上的检修取水隔离阀，将水垫塘内的水体经检修取水管Ⅰ、检修排水总管Ⅰ、检修排水支管引入至检修排水泵；

启动数台检修排水泵，将水垫塘内水内抽至水位到检修取水管Ⅰ取水口附近，停止检修排水泵抽水，关闭检修取水管Ⅰ上的检修取水隔离阀；

打开反冲洗管上的反冲洗阀组，打开检修取水管Ⅱ上的检修取水隔离阀，利用下游尾水高于上游水垫塘内水位的水压，对拦污栅及检修取水管II进行冲洗；

冲洗完毕后，关闭反冲洗阀组，利用数台检修排水泵将水垫塘内剩余的积水排干；

利用检修排水总管Ⅰ上设置的压力变送器信号监视水垫塘内集水池内的水位，并控制数台检修排水泵排出水垫塘内集水池内的积水。

一种所述水垫塘检修排水及回充水系统的回充水方法，其特征在于：

打开自流充排水管上的充排水阀组，利用下游河道水位高于水垫塘内底板高程，将二道坝下游水经自流充排水管向水垫塘自流回充；

通过设置在自流充排水管路上流量计传输的数据监测自流充排水管路内通过的水流量，进而判断充水是否完成；

当充水完成以后，关闭自流充排水管路上的充排水阀组。

本发明的有益效果是：本发明通过设置不同高程的取水口解决水垫塘检修排水系统中的塘内滚石对取水口的影响，也能够解决漂浮物以及泥沙沉积对水垫塘检修排水系统的泥沙淤积和设备安全运行影响。

本发明通过设置大小不同类型的泵组解决初期大量抽水以及后期塘内检修的渗漏积水自动抽排系统；设置合理的反冲洗管路为解决取排水的淤堵问题准备备用措施。

本发明中通过检修取水管、检修排水总管Ⅰ、检修排水支管、检修排水总管Ⅱ与自流充排水管结合设置水垫塘检修时的充排水管路，并考虑设置在合理的水位高程，既能满足自流充排水需要，还不至于产生淤堵，并且还能借助于水泵泵组强大的排水能力为自流充排水管路防淤堵和杂物进入管道提供安全上的保障，同时将自流充排水管路及设备设置在合理高程上二道坝坝体内及专用阀室内，既解决了下游河道排水口的封堵，亦减小了以往的取水口较难封堵以及封堵时所产生的风险。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图4为图1的C-C剖视图。

图5为实施例中管路及设备的轴测图。

图中：1、集水池；2、拦污栅；3、检修取水管Ⅰ；4、检修排水总管Ⅰ；5、检修排水支管；6、检修取水管Ⅱ；7、自流充排水管；701、自流充排水管Ⅰ；702、自流充排水管Ⅱ；8、检修排水总管Ⅱ；801、检修排水总管Ⅱ-Ⅰ；802、检修排水总管Ⅱ-Ⅱ；9、检修取水隔离阀；10、检修排水大泵；11、取水口；12、反冲洗管；13、压力变送器；14、波纹膨胀节；15、检修排水小泵；16、大泵后检修隔离球阀；17、大泵后造压闸阀；18、大泵后水力控制阀；20、大泵前检修隔离球阀；21、小泵前检修隔离球阀；22、小泵后水力控制阀；23、小泵后造压闸阀；24、小泵后检修隔离球阀；25、反冲洗隔离球阀；26、反冲洗操作球阀；27、流量计；28、自流充排水检修阀；29、流充排水操作阀；30、盲板；31、法兰。

具体实施方式

本实施例为一种水垫塘检修排水及回充水系统，设置于二道坝内，具有：自流充排水管、集水池、检修排水管路、反冲洗管路和控制监测系统。

本实施例中自流充排水管具有自流充排水管Ⅰ和自流充排水管Ⅱ，自流充排水管Ⅰ和自流充排水管Ⅱ均连通二道坝上游的水垫塘和下游的河道，自流充排水管Ⅰ和自流充排水管Ⅱ的与下游河道相连端制有能安装盲板的法兰。

在反拱水垫塘底部中心线与二道坝相连接的区域设置集水池，在集水池前设置有拦污栅，以防止水垫塘泄洪时有较大和较多的滚石落入集水池，保持集水池不被积石填满。

本实施例中检修排水管路包括检修取水管、检修排水总管Ⅰ、检修排水支管和检修排水总管Ⅱ，其中检修取水管具有两根检修取水管Ⅰ和一根检修取水管Ⅱ，检修取水管Ⅰ、Ⅱ上均设置有检修取水隔离阀。检修取水管Ⅰ、Ⅱ的取水口连通集水池并设置有拦污栅，检修取水管Ⅰ的取水口布置高程高于水垫塘底部高程，检修取水管Ⅱ取水口布置低于水垫塘底部高程，可尽可能避免受塘内水体内的杂物堵塞影响，保证水垫塘内大量的积水通过此通道抽排至下游河道，位于集水坑底部，满足在集水池清淤后能够自动汇集水垫塘塘内少量的渗漏积水。

本例中两根检修取水管Ⅰ和一根检修取水管Ⅱ的出水口共同连接检修排水总管Ⅰ，检修排水总管Ⅰ上设有波纹膨胀节。

本实施例中检修排水总管Ⅱ分为检修排水总管Ⅱ-Ⅰ和检修排水总管Ⅱ-Ⅱ，检修排水总管Ⅱ-Ⅰ经三通连通自流充排水管Ⅰ，检修排水总管Ⅱ-Ⅱ经三通连通自流充排水管Ⅱ，并且采用水平连接，避免泥沙进入到检修排水总管Ⅱ内，造成检修排水总管Ⅱ的淤积。在自流充排水管Ⅰ和自流充排水管Ⅱ上、三通上游装有上游充排水阀组和三通下游装有下游充排水阀组。上游充排水阀组包括自流充排水检修阀和自流充排水操作阀，下游充排水阀组包括自流充排水操作阀和自流充排水检修阀。

本例中自流充排水管Ⅰ、Ⅱ上与检修排水总管Ⅱ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ相连部位高程高于其两端端口高程，避免上下游泥沙淤积对水垫塘检修排水系统的影响，保证系统管路和设备的畅通。检修排水总管Ⅱ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ于相应的自流充排水管Ⅰ、Ⅱ水平连接，避免有泥沙进入检修排水总管Ⅱ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ。

本实施例中在检修排水总管Ⅰ和检修排水总管Ⅱ-Ⅰ之间经若干检修排水支管连通，部分检修排水支管上装有检修排水小泵，其余检修排水支管上装有检修排水大泵；在检修排水总管Ⅰ和检修排水总管Ⅱ-Ⅰ之间经若干检修排水支管连通，检修排水支管上装有检修排水大泵。

本例中在检修排水大泵泵前的检修排水支管上装有大泵前检修隔离球阀，泵后的检修排水支管上装有大泵后水力控制阀、大泵后造压闸阀和大泵后检修隔离球阀。在检修排水小泵泵前的检修排水支管上装有小泵前检修隔离球阀，泵后的检修排水支管上装有小泵后水力控制阀、小泵后造压闸阀和小泵后检修隔离球阀。

本实施例中反冲洗管路包括反冲洗管，以及检修排水管路中的检修取水管Ⅱ、检修排水总管Ⅰ、检修排水总管Ⅱ-Ⅰ和自流充排水管Ⅰ，检修排水总管Ⅰ和检修排水总管Ⅱ-Ⅰ之间经反冲洗管连通，反冲洗管上装有反冲洗阀组，反冲洗阀组包括反冲洗操作球阀和反冲洗隔离球阀。

本实施例中控制监测系统电路中连接有流量计和压力变送器，其中流量计安装于所述自流充排水管上，用于获取自流充排水管管内的流量变化；压力变送器在检修排水总管Ⅰ上，并设置有两只，用于监视水垫塘内集水池的水位。

本实施例中水垫塘检修排水方法包括以下步骤：

水垫塘的检修排水一般都安排在下游水位较低的情况下将水垫塘内的积水排至下游，尽可能利用水垫塘检修排水及回充水系统中的自流充排水管等将水垫塘内的积水排至下游，降低系统运行的能耗。

打开自流充排水管上的自流充排水检修阀、自流充排水操作阀等，将二道坝上游水垫塘和下游河道经自流充排水管连接起来，将水垫塘内高于下游河道水位的全部水体排至下游河道当中。

根据自流充排水管上的流量计的流量信号变化，判断水垫塘内水位和下游河道内的水位情况。

当水垫塘水位与下游河道水位基本持平时，将自流充排水管上三通上游的自流充排水操作阀等分别进行关闭，打开取水口设置高程较高的检修取水管Ⅰ上的检修取水隔离阀，将水垫塘内相应水质较好的水体引入至大、小泵组成的抽排系统水泵设备泵前。

利用现地控制设备、变配电设备、电源电缆、数据光纤和控制监测系统等相关设备，启动数台检修排水大泵，将水垫塘内水内抽至水位到两个设置在较高高程的检修取水管Ⅰ取水口附近，停止检修排水大泵抽水。

关闭检修取水管Ⅰ上的检修取水隔离阀，关闭大泵前检修隔离球阀和小泵前检修隔离球阀，打开反冲洗管操作球阀和反冲洗管隔离球阀，打开检修取水管Ⅱ上的检修取水隔离阀，利用下游尾水高于上游水垫塘内水位的水压，对集水池内和集水池前的拦污栅、检修取水管II进行冲洗。

冲洗完毕后，关闭反冲洗管上的反冲洗管操作球阀和反冲洗管隔离球阀，打开大泵前检修隔离球阀和小泵前检修隔离球阀，利用数台检修排水大泵和检修排水小泵将水垫塘内剩余的积水排干。

检修排水大泵停机，将检修排水小泵切换至自动运行模式，利用检修排水管Ⅰ设置的两只压力变送器信号监视水垫塘内集水池内的水位，并控制检修排水小泵排出水垫塘内集水池内的积水。

本实施例中在水垫塘检修完成后回充水的方法包括以下步骤：

打开自流充排水管上的自流充排水检修阀、自流充排水操作阀等，将二道坝上游水垫塘和下游河道经自流充排水管连接。

利用下游河道水位高于水垫塘内底板高程，实现二道坝下游水经自流充排水管向水垫塘内自流回充。

通过设置在自流充排水管上的流量计传输的数据监测可以监测自流充排水管路内通过的水流量，进而判断充水是否完成。

当充水完成以后，关闭自流充排水管路上的自流充排水操作阀等。

当水垫塘泄洪时，可局部开启大坝深孔事故闸门首先将水垫塘充水至二道坝坝顶高程，后全开大坝深孔事故闸门，达到泄洪要求。

本实施例中水垫塘排水系统的设备检修分为两个层次进行。第一层实施操作步骤为：首先关闭自流充排水管上的充排水阀组，达到切断上游水垫塘内水和下游河道水的目的，实现二道坝体内排水泵房和自流充排水阀室内剩余所有设备的检修。第二层实施操作步骤，首先将水垫塘内水体排干，然后将盲板与自流充排水管上的法兰进行紧固连接，隔断下游水，可实现二道坝体内排水泵房和自流充排水阀室内所有设备的检修。

对于设置有大型水垫塘的水利水电工程，采用本发明安全、可靠的水垫塘充排水系统后，可将主要抽排水设备、变配电设备以及起吊设备布置在二道坝内合适的位置，用于水垫塘内检修抽排水需要；设置不同高程取水口的检修取水管，将自流充排水阀室设置较高位置，自流充排水管与抽排水总管结合，并布置在下游河床之上高程，并成顺坡布置，可最大程度的避免二道坝上、下游泥沙淤积对水垫塘检修排水系统的影响，保证系统管路和设备的畅通；将自流充排水阀室布置在水垫塘一侧的廊道内，利用水垫塘与底板的斜坡可避免水垫塘充水时的高速水流对底板的冲击，起到较好的消能作用，从而使得水垫塘检修排水系统抗堵塞、抗潮湿以及抗河谷挤压变形能力得到了极大的提高。同时本系统还可设置现地操作和远程控制监测系统，可以实现自动充排水控制，运行人员操作方便，避免了临时充排水系统搭建的繁琐以及系统运行的安全隐患，更能保证水垫塘的稳定运行。同时该系统无需增加额外投资，节省了检修时的充排水时间，极大地提高水垫塘充排水效率；此外，本系统大量减少了充排水时所耗的电能，技术方案更节能环保。