水廠改造工程施工方案范文

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關(guān)鍵詞：泉水水電廠；增效擴(kuò)容改造；方案設(shè)計(jì)與分析

1 概述

泉水水電廠是一座以發(fā)電為主兼顧防洪的水利工程，1980年投產(chǎn)發(fā)電至今已有34年，主機(jī)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)空蝕很嚴(yán)重，設(shè)備老化嚴(yán)重，出力逐年下降。水能近年已得不到充分利用，電站存在擴(kuò)容的空間和需要。

2 項(xiàng)目概況及電站運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的主要問題

2.1 工程概況

泉水水電廠工程位于廣東省乳源縣境內(nèi)南水水庫上游的支流湯盆水，電站廠房位于乳源縣東坪鎮(zhèn)境內(nèi)南水水庫末端，攔河拱壩則在其上游約10km處的龍溝咀，工程地址距離乳源縣城約22km，距離韶關(guān)市約54km。現(xiàn)總裝機(jī)容量為4×6MW=24MW，設(shè)計(jì)水頭225m，單機(jī)流量為3.2m3/s。大壩正常蓄水位447m，發(fā)電尾水位214.0m。工程樞紐主要建筑物包括水庫大壩、引水隧洞、調(diào)壓井、引水明管、地下發(fā)電站廠房和升壓站。

2.2 電站運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的主要問題

泉水水電廠1980年正式投產(chǎn)發(fā)電，受當(dāng)時(shí)制造條件的制約投產(chǎn)初期水輪機(jī)效率為85%左右，經(jīng)過34年的運(yùn)行，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及過流部件磨損、空蝕比較嚴(yán)重，停機(jī)時(shí)水輪機(jī)滲漏水比較嚴(yán)重，機(jī)組轉(zhuǎn)輪效率差，噪音大，效率只能達(dá)到80%左右。輔機(jī)設(shè)備自動(dòng)化程度低，設(shè)備陳舊，主變壓器及發(fā)電機(jī)設(shè)備較現(xiàn)行設(shè)備落后，絕緣老化，勵(lì)磁設(shè)備、控制保護(hù)屏柜、高低壓開關(guān)設(shè)備、電廠監(jiān)控系統(tǒng)老化且技術(shù)落后，運(yùn)行不穩(wěn)定，可靠性較差。甚于上述問題，泉水電廠進(jìn)行增效擴(kuò)容造價(jià)是有必要的。

3 電站增效擴(kuò)容的可行性分析比選

水電廠現(xiàn)有機(jī)組4臺(tái)，裝機(jī)容量為4×6MW=24MW，根據(jù)理論計(jì)算，多年平均發(fā)電量應(yīng)為1.3億kW.h，年利用小時(shí)為5400h，而近3年實(shí)際年發(fā)電量?jī)H為1.134億kW.h，比理論值要少1757萬kW.h。

4 工程的主要任務(wù)

更換四臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備，更換電氣一次設(shè)備和控制保護(hù)裝置，更換二臺(tái)主變壓器和升壓站設(shè)備，對(duì)廠房進(jìn)行裝修，對(duì)升壓站構(gòu)支架進(jìn)行維修。

5 工程改造后達(dá)到的目標(biāo)

5.1 改造內(nèi)容

水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備更新改造：（1）4臺(tái)機(jī)組更換，每臺(tái)機(jī)由6.0MW擴(kuò)容至7.2MW；（2）4臺(tái)調(diào)速器更換；（3）全站油、氣、水系統(tǒng)設(shè)備及管路更換。

電氣設(shè)備更新改造：（1）高、低壓配電屏、勵(lì)磁裝置及電纜全部更換；（2）控制保護(hù)設(shè)備全部更換成微機(jī)監(jiān)控保護(hù)裝置；（3）升壓站設(shè)備全部更換。

設(shè)備基礎(chǔ)改造：（1）水輪發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)改造；（2）水輪機(jī)調(diào)速器基礎(chǔ)改造；（3）主變壓器基礎(chǔ)改造；（4）屏柜基礎(chǔ)改造；（5）廠房裝修；（6）升壓站構(gòu)支架改造。

5.2 改造成果

在設(shè)計(jì)水頭不變的情況下，采用新型高效轉(zhuǎn)輪，水輪機(jī)效率可由原來的80%提高到91%，發(fā)電機(jī)效率可由原來的96%提高到97%，從而提高機(jī)組出力，多年平均發(fā)電量增加比例20%以上。

變壓器在原來基礎(chǔ)上更換改造，主變由SFL-31500/121和SFS7-20000/121，更換新技術(shù)節(jié)能型SF11-31500/121/6.3kV和SF11-25000/121/38.5/6.3kV，可以使發(fā)電損耗減小，從而上網(wǎng)電量增加。

擴(kuò)容后，電站多年平均發(fā)電量為14132萬kW.h，年利用小時(shí)為4907h，比電站2009年至2011年3年的平均發(fā)電量11324萬kW.h多2808萬kW.h，發(fā)電效益增加了24.8%。

6 結(jié)束語

水電站技術(shù)改造工程要考慮到機(jī)組的水頭、流量及出力，是水輪機(jī)組和發(fā)電機(jī)組效率提高的保障，有利于加強(qiáng)水能利用，使清潔能源發(fā)電量得到提高。提高電站的發(fā)電效益，也為電力短缺做出了一定的貢獻(xiàn)，構(gòu)建和諧社會(huì)。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 50700-2011.小型水電站技術(shù)改造規(guī)范[S].

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[關(guān)鍵詞]孔壁穩(wěn)定條件影響因素實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)預(yù)防措施處理方法

由于巖土性質(zhì)的復(fù)雜性，鉆孔施工的隱秘性以及施工時(shí)受外界許多不可預(yù)測(cè)因素的影響，如何保證大管徑鉆孔孔壁穩(wěn)定是施工的關(guān)鍵。本文從靜力學(xué)、流體力學(xué)、土力學(xué)等理論出發(fā)，總結(jié)多年來從事鉆孔施工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，探討、分析孔壁穩(wěn)定的條件和影響因素，提出預(yù)防措施和處理方法，以期對(duì)鉆孔施工有所幫助。

1孔壁穩(wěn)定條件

1.1 靜力平衡條件

孔壁穩(wěn)定的基本條件參見圖1，根據(jù)靜力平衡理論，孔壁穩(wěn)定的基本條件應(yīng)滿足下式：

式中：F―巖土內(nèi)應(yīng)力，與巖土性質(zhì)相關(guān)；P―沖洗液的水頭壓力；σ―圓環(huán)應(yīng)力，與孔徑大小和巖土性質(zhì)有關(guān)； PO―孔壁巖土的側(cè)壓力；Po'―地表受界外附加壓力；β―外界附加壓力的傳遞系數(shù)。

1.2 地層滲流條件

根據(jù)滲流理論，地下水如果存在水頭壓差，其必能沿壓差方向產(chǎn)生定向流動(dòng)，這種滲流對(duì)巖土顆粒產(chǎn)生順流向的推動(dòng)力，將造成孔壁的不穩(wěn)定。所以孔壁穩(wěn)定還必須滿足“孔內(nèi)水頭壓力大于地下水壓力”的條件，這里稱之為地層滲流條件。大量施工實(shí)踐證明，地層應(yīng)滿足的滲流條件為：

Pl－P2≥2×104(Pa)(2)

式中：Pl―孔內(nèi)某一高程的沖洗液的水頭壓力；P2―孔內(nèi)與Pl在同一高程的地下水壓力。

1.3 時(shí)間因素條件

根據(jù)土力學(xué)，有些巖土具有“蠕變”特性，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，巖土的變形量會(huì)增加，當(dāng)這種變形量達(dá)到一定程度，會(huì)產(chǎn)生孔內(nèi)局部坍塌。另外，有的巖土經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間在水中浸泡會(huì)膨脹、軟化，也會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生較大影響，所以，孔壁穩(wěn)定還必須滿足時(shí)間因素條件。

2影響孔壁穩(wěn)定因素的分析

通過對(duì)孔壁穩(wěn)定條件的分析可看出，影響孔壁穩(wěn)定的因素有客觀、工藝、環(huán)境因素和人為因素等4類。

2.1 客觀因素

2.1.1巖土性質(zhì)。從孔壁穩(wěn)定條件可以看出，巖土側(cè)壓力系數(shù)、粘性力、摩擦角、滲透系數(shù)和蠕變性等是影響孔壁穩(wěn)定的直接因素。對(duì)這些巖土性能指標(biāo)進(jìn)行分析可知，有利于孔壁穩(wěn)定條件的巖土從強(qiáng)到弱的排列順序是粘性土、砂土和碎石土。

2.1.2地下水。地下水對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響是由巖土的滲透性和地下水的性質(zhì)決定的，地下潛水對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響表現(xiàn)在水位和滲流。地下水位的變化產(chǎn)生滲流，從而造成孔內(nèi)的坍塌。如果工程所在區(qū)域內(nèi)存在這種定向滲流，將會(huì)對(duì)孔壁穩(wěn)定造成不良影響。例如：永春縣自來水廠桃溪大橋―德風(fēng)環(huán)島給水管定向穿越鋪管工程施工，該工地距桃溪比較近，大約50 m，施工期桃溪正值汛期，水位上升快，引起地下水定向滲流，造成該工地鉆孔發(fā)生坍塌。

地下承壓力一般埋深較大，其上覆有較好的隔水層，非開挖鉆孔施工中很少遇到。當(dāng)鉆孔穿過其上覆隔水層，且地下承壓力大于孔內(nèi)液柱的壓力時(shí)，地下承壓水就會(huì)攜帶巖土涌進(jìn)孔內(nèi)，并使孔內(nèi)泥漿返出地面，在其上覆隔水層底部形成大面積空洞，影響隔水層的穩(wěn)定性，從而影響整個(gè)孔壁穩(wěn)定。

2.1.3孔徑大小。孔徑大小對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響，目前在實(shí)際施工中沒有給予足夠的重視，但從孔壁穩(wěn)定條件上說，孔徑大小是孔壁穩(wěn)定的一個(gè)因素。今后隨著超大口徑鉆孔的應(yīng)用，將會(huì)成為影響孔壁穩(wěn)定的重要因素之一。

2.2 工藝因素

下面主要從流體力學(xué)理論角度分析工藝因素對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響。

2.2.1成孔工藝的影響。鉆孔成孔工藝主要有正循環(huán)和反循環(huán)，在同等條件下，正循環(huán)將由泥漿泵對(duì)孔內(nèi)泥漿產(chǎn)生正壓力，而反循環(huán)將由泥漿泵對(duì)孔內(nèi)泥漿產(chǎn)生負(fù)壓力。從孔壁靜力穩(wěn)定條件的沖洗液水頭壓力，可以得出：正循環(huán)鉆孔工藝對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響比反循環(huán)鉆孔工藝更有利，且正循環(huán)成孔工藝對(duì)孔壁穩(wěn)定因素是增強(qiáng)的，反循環(huán)成孔工藝對(duì)孔壁穩(wěn)定因素是削弱的。

2.2.2流量的影響。泥漿在孔內(nèi)流動(dòng)，將對(duì)孔壁界面產(chǎn)生一摩擦力，方向與流動(dòng)方向相同，流速越大，泥漿粘度越大，摩擦力越大。實(shí)際施工中，這種流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響是消極的。例如：氣舉反循環(huán)工藝與泵吸反循環(huán)工藝相比，由于氣舉循環(huán)工藝的流量大，其對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響更大，所以在施工中，選擇一個(gè)合理的流量，應(yīng)認(rèn)真考慮滿足排渣和孔壁穩(wěn)定兩方面的要求。

2.2.3泥漿的影響。泥漿對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響，主要表現(xiàn)在壓力、摩擦力和泥皮。壓力和摩擦力分別與泥漿的密度和粘度相關(guān)，泥漿的密度越大，其對(duì)孔壁形成的壓力越大，對(duì)孔壁穩(wěn)定越有利。實(shí)踐證明，通過提高泥漿密度來維護(hù)孔壁穩(wěn)定是一項(xiàng)很重要且常用的措施；泥漿粘度越大，泥漿流動(dòng)對(duì)孔壁產(chǎn)生的摩擦力越大。例如：永春縣永仙公路給水管改造工程施工，施工地層主要為砂礫土層。施工前進(jìn)行攪拌泥漿，在施工過程中，沒有采取保存泥漿的措施，沒有繼續(xù)攪拌，造成鉆孔孔壁坍塌。

在鉆孔施工中，泥皮對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響起著重大的作用。一般采取使用優(yōu)質(zhì)泥漿的措施來防止漏失，這種泥漿能在孔壁上形成一層致密的泥皮，能有效地減少孔內(nèi)泥漿的滲漏。

2.3 環(huán)境因素

環(huán)境因素是指施工工地周圍環(huán)境對(duì)孔壁穩(wěn)定產(chǎn)生的影響。它對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響主要有2種形式：外加載荷和外界水位變化。

2.3.1外界附加荷載。外界附加荷載按其作用狀態(tài)劃分為外界附加靜荷和外界附加動(dòng)荷。①外界附加靜荷：當(dāng)施工地臨近高層建筑物、構(gòu)筑物、堆積物、道路動(dòng)荷載等時(shí)，會(huì)對(duì)巖土層產(chǎn)生附加靜壓力Po'，相當(dāng)于巖土層的壓力增大，致使Po+Po'增大，根據(jù)孔壁穩(wěn)定條件式(1)，這意味著孔壁不穩(wěn)定因素增強(qiáng)，外界靜荷大小與鉆孔距離有關(guān)。②外界附加動(dòng)荷：施工地附近有公路、鐵路和工廠(大型動(dòng)荷機(jī)械設(shè)備)等能對(duì)巖土層產(chǎn)生附加動(dòng)荷，如果施工的巖土層具有較大靈敏性，如淤泥、淤泥質(zhì)粘土和粉細(xì)砂等地層，在有外界附加動(dòng)荷情況下，這些巖土層液化而改變巖土原有性質(zhì)，使其處于流體狀或蠕變迅速加劇，造成孔內(nèi)坍塌。

2.3.2 外界變化的影響。外界水位是通過地下水對(duì)孔壁穩(wěn)定產(chǎn)生影響的，地下水位受到河流、湖泊、潮汐等水位變化的影響，并且具有季節(jié)性。實(shí)踐證明，水域鉆孔或易受外界水位影響的鉆孔施工時(shí)，應(yīng)保持孔內(nèi)水位高出外界水位約2 m的高差。

2.4 人為因素

人為因素是關(guān)鍵性、決定性的。只要對(duì)巖土性質(zhì)進(jìn)行科學(xué)分析，制訂合理的施工方案，進(jìn)行科學(xué)的管理，增強(qiáng)施工人員的責(zé)任心，巖土層再復(fù)雜、影響因素再多、難度再大也能保證鉆孔成孔順利完成。

2.4.1施工方案不合理的影響。鉆孔施工方案主要內(nèi)容有施工工藝、施工技術(shù)方法(如鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)等)、技術(shù)保障措施(如孔內(nèi)水頭高度和泥漿性能要求等)和施工計(jì)劃安排等。施工方案是否合理，對(duì)維護(hù)孔壁穩(wěn)定起著決定性的作用。

2.4.2施工管理不力的影響。施工管理對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響是間接的，施工方案的執(zhí)行、技術(shù)措施的貫徹、操作規(guī)范的遵守等都離不開施工管理。施工管理對(duì)孔壁穩(wěn)定的影響主要表現(xiàn)在時(shí)效上，加強(qiáng)施工管理就是要盡可能地縮短鉆孔的施工周期。施工管理不力，會(huì)疏忽或延誤一些事故的處理，最終造成孔內(nèi)坍塌。

2.4.3施工人員素質(zhì)的影響。直接參與鉆孔施工人員的技術(shù)水平、施工經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心、積極性等都對(duì)鉆孔施工有重大的影響。

3孔壁穩(wěn)定的維護(hù)措施

鉆孔孔壁穩(wěn)定的本質(zhì)因素是巖土的性質(zhì)，分析巖土層的穩(wěn)定性和影響其穩(wěn)定性的因素是關(guān)鍵：找出人為能控制的因素，分析哪些因素在一定條件下會(huì)發(fā)生變化，以及這種變化對(duì)孔壁穩(wěn)定的利弊；認(rèn)真不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，都有利于防止孔壁坍塌。具體體現(xiàn)在：

3.1 認(rèn)真制訂鉆孔施工方案。應(yīng)對(duì)巖土性質(zhì)、工地的外部環(huán)境(包括水情)、施工條件等進(jìn)行分析，確定影響孔壁穩(wěn)定的主要因素，預(yù)測(cè)施工可能發(fā)生或出現(xiàn)的一些不利情況，有針對(duì)性地?cái)M訂預(yù)防、保證和處理措施。施工方案應(yīng)做到科學(xué)、合理、完整、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)，做到對(duì)實(shí)際施工有指導(dǎo)作用。

3.2 加強(qiáng)施工技術(shù)交底工作，保證施工方案的正確執(zhí)行。通過施工技術(shù)交底使施工人員清楚施工的各項(xiàng)技術(shù)要求和措施，并在施工中認(rèn)真落實(shí)和執(zhí)行。

3.3 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、分析、解決施工中出現(xiàn)的問題。施工中不可預(yù)測(cè)的情況和問題會(huì)經(jīng)常發(fā)生，只有加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、正確分析，才能保證鉆孔鉆進(jìn)成孔的順利進(jìn)行。

3.4 提高施工人員的素質(zhì)，增強(qiáng)其責(zé)任心。人的因素是任何工作中的主要因素，鉆孔施工中，只有不斷提高施工人員的技術(shù)、操作水平，提高他們的綜合素質(zhì)，增強(qiáng)他們的責(zé)任心，充分發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性，才能確保施工方案、技術(shù)措施嚴(yán)格得到執(zhí)行。

3.5 必須正確分析判斷孔內(nèi)出現(xiàn)泥漿漏失的原因，及時(shí)采取相應(yīng)的處理方法。泥漿漏失對(duì)孔壁穩(wěn)定極為不利，容易導(dǎo)致孔壁坍塌，一旦出現(xiàn)泥漿漏失，必須認(rèn)真對(duì)待，及時(shí)分析處理。

3.6 孔壁坍塌的處理方法。主要是：提高泥漿性能和軟基處理法，利用軟土地基處理技術(shù)，如高壓旋噴、深層攪拌、粉噴等施工方法對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理，改變軟土性質(zhì)，使其滿足鉆進(jìn)成孔的需要。

4結(jié)論

4.1 鉆孔孔壁穩(wěn)定的條件是：在一定的時(shí)間內(nèi)，鉆孔應(yīng)同時(shí)滿足地層靜力平衡和地層滲流條件；