РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ВОПРОСЫ НАЛАДКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ
Глава X
ВОПРОСЫ ВОДНОГО РЕЖИМА
§ 32. Общие вопросы водного режима
При организации водного режима высоконапорных и средненапорных гидростанций, в целях увеличения выработки электроэнергии, основное внимание должно быть обращено на уменьшение потерь воды. В низконапорных ГЭС основное внимание обращается на потери напора. Поэтому в первом случае должны предъявляться особо повышенные требования к учету потерь воды, во втором случае — к учету потерь напора в пределах сооружений.
Составными частями наладки водного режима являются:
- организация гидрометеообслуживания;
- организация управления уровнями и расходами воды на головном узле, в деривации и на напорно-станционном узле;
- определение эксплуатационных характеристик гидротехнических сооружений;
- организация наблюдений за уровнями и за расходами воды в пределах гидротехнических сооружений и бьефов.
Практика показывает, что эксплуатационный персонал гидростанций на основании результатов изучения водного режима добивается повышения выработки электроэнергии путем внесения изменений в водный режим гидростанции и осуществления небольших реконструкций гидротехнических сооружений. Это делается или путем увеличения расхода воды в деривации, или за счет увеличения резервной емкости воды, или получением дополнительного напора.
Как известно, величина запаса в высоте незатопляемых площадок гидроузлов над нормальным подпорным уровнем учитывает возможность появления ветровой волны и волны при сбросе нагрузки. Гидросооружения обладают нормированным запасом устойчивости и прочности. Превышение на небольшую величину нормального подпорного уровня может быть оправдано после уточнения в процессе эксплуатации коэффициентов запаса и имевших место чрезвычайных подъемов уровней. Во всяком случае превышение над нормальным подпорным уровнем требует предварительного длительного и квалифицированного контроля за состоянием гидросооружений.
Приведем ряд примеров. В верхнем бьефе Чирчикской плотины нормальный подпорный уровень поднят на 0,5 м; клапаны главных щитов были наращены деревянными козырьками. На Волховгэс разборными щитками на гребне плотины уровень повышен на 2,13 м. На Ацгэс гребень земляной плотины поднят на 0,9 м, а гребень плотины дополнительного питания (р. Хохна) — на 0,4 м.
На Баксангэс, с целью увеличения пропускной способности деривации, с помощью щитков был повышен гребень холостого водосброса и боковых водосливов.
Особое значение приобретает для ГЭС с незначительной емкостью деривации возможность резервирования в межень даже небольших излишков воды, лишь незначительно превышающих расход турбин. На головном узле Орджоникидзегэс путем наращивания щитов водосброса деревянными щитками была получена такая же возможность.
На Майкопгэс путем поднятия уровня воды в верхнем бьефе на 0,3 м расход воды в саморегулирующейся деривации был поднят с 49,3 до 58 м3/сек.
Очень интересен многолетний опыт Рионгэс по увеличению пропускной способности деривационного тракта. Деривация Рионгэс рассчитана на пропуск 65 м3/сек; расход воды в конце ее увеличивается до 100 м3/сек за счет попусков из бассейна суточного регулирования. Длина открытой саморегулирующейся деривации 5,2 км; два безнапорных туннеля имеют длину 3,8 км. Вследствие заиления бассейна суточного регулирования возникла острая необходимость в увеличении пропускной способности деривации. После четырех лет эксплуатации повышением уровня в верхнем бьефе на 0,25 м расход в деривации был увеличен до 75 м3/сек. Спустя еще 12 лет, дополнительным повышением уровня в верхнем бьефе на 0,2 м расход в деривации удалось повысить еще на 8 м3/сек, т. е. довести до 83 м3/сек. Для этого были осуществлены следующие мероприятия:
а) главные щиты (4 шт.) плотины наращены на 0,8 м;
б) наращены зубцы Гейна в сифоне головного гидроузла;
в) тупиковый отросток 75-м длины (между двумя туннелями) отделен от канала бетонной стенкой; благодаря этому мероприятию водовороты у тупикового отростка канала исчезли и уровень воды повысился на 0,1 м;
г) для увеличения призмы регулирования боковой водослив перед напорным бассейном наращен на 0,46 м.
Необходимо отметить, что, несмотря на наращивание щитов на 0,8 м, последние дополнительного напора не испытывают. Ферма высотой 0,8 м, установленная в пролете на порог водосброса, принимает на себя отдельно от щита дополнительный напор. Ферма соединена с главным щитом; поэтому затвор поднимается вместе с фермой. Чтобы ферма, деформируясь, не могла вызывать дополнительных напряжений в щите, она сделана достаточно жесткой.
В настоящее время вопрос о дальнейшем увеличении пропускной способности деривации (до 96 м3/сек) разрешается путем реконструкции сопряжения открытого канала с выходным порталом второго туннеля. Существующий участок сопряжения длиной 15 м заменяется участком сопряжения, имеющим длину 45 м. Большое уменьшение потерь напора при новой конструкции сопряжения должно привести к значительному увеличению пропускной способности как туннеля, так и канала.
На Гизельдонгэс, в целях повышения эффективности работы станции, на водосбросе произведено наращивание верхнего ряда деревянных щитков на пороге кольцевого водослива на 0,3 м, что увеличило емкость призмы регулирования на 18%.
Для эксплуатации гидростанций большое значение имеет хорошо организованное гидрологическое и метеорологическое обслуживание. В соглашениях, заключаемых между районными энергоуправлениями или гидростанциями с местными органами Гидрометслужбы [Л. 3 ], необходимо также предусматривать регулярное получение от расположенных в верхнем бьефе гидрометрических постов ГМС срочных информаций о появлении на реке паводковой волны, селей, движении скоплений сора (бревна, корчи, плывущие остатки разрушенных паводками мостов и т. п.), ледовых образований, ходе уровней на ближайшем водомерном посту и т. д.
Путем опыта должна быть определена продолжительность пробега паводковой волны от водомерных постов в верхнем бьефе до плотины. Должны быть получены данные о максимальной интенсивности роста расхода воды в паводковые периоды в створе ближайшего к плотине водомерного поста. Точные сведения по этому вопросу на горных реках могут дать лишь посты, оборудованные лимниграфами.
§ 33. Управление уровнями и расходами воды на головном гидроузле
Управление уровнями и расходами воды на головном гидроузле имеет целью:
а) обеспечить бесперебойную подачу воды в деривацию в требуемом количестве и при требуемых уровнях;
б) обеспечить правильную работу отстойника (если отстойник входит в состав сооружений головного узла);
в) при сбросе паводков допускать минимально возможные размывы в нижнем бьефе;
г) использовать пропуски паводков для сброса сора в нижний бьеф, не допуская его в водоприемник;
д) использовать пропуск паводков для промыва наносов;
е) обеспечить условия, облегчающие борьбу с зимними затруднениями (ускорение ледостава в верхнем бьефе путем максимального поднятия уровня, обеспечение шуготранзита путем снижения уровня до минимально возможного и т. д.).
Регулирование уровнями и расходами воды деривации отличается для случая несаморегулирующегося и саморегулирующегося канала. Как известно, саморегулирующийся канал имеет горизонтальные бермы, а несаморегулирующийся — наклонные. Саморегулирующийся канал работает при равномерном режиме лишь при расчетном расходе; в других случаях он работает на подпоре. Канал с наклонными бермами, кроме участка, прилегающего к напорному бассейну, работает при равномерном режиме. Уровень в напорном бассейне такого канала не зависит от расхода в деривации и обычно находится на отметке нормального подпорного уровня; наоборот, уровень в голове канала зависит лишь от величины расхода деривации. В саморегулирующейся деривации уровень в напорном бассейне зависит и от величины расхода и от отметки уровня в верхнем бьефе.
Забор требуемых расходов в канал с наклонными бермами обеспечивается таким открытием затворов водоприемника, которое дает требуемое наполнение головного участка канала по зависимости Q = f(H). Забор расходов меньше расчетного может производиться при открытом водоприемнике. В этом случае уровень в верхнем бьефе на отметке, обеспечивающей требуемое наполнение головного участка канала, регулируется затворами водосброса. Подобный способ получения необходимых расходов в деривации возможен лишь в условиях небольших бьефов и в паводковый период в реке, так как в случае необходимости подъем уровня в бьефе может быть быстро осуществлен.
В саморегулирующейся деривации забор воды в деривацию производится всегда при полностью поднятых щитах водоприемника или отстойника (если отстойник входит в состав головного узла). На такой деривации затворы водоприемника играют роль только ремонтных или аварийных заграждений. Здесь затворов может и не быть, если в составе сооружений головного узла имеется отстойник. Требуемый уровень и расход воды в голове деривации устанавливаются затворами головного узла. Для регулирования необходимо выбирать затворы небольших пролетов. Так как весьма часто такой канал перекрывается подпором на всю длину, то на нем трудно вести какие-либо измерения расходов. Это обстоятельство вызывает острую необходимость иметь расходомеры на турбинах уже в начальный период эксплуатации.
В условиях устойчивого графика нагрузки величина расхода саморегулирующегося канала может определяться по перепадам между уровнями воды в голове канала (за решетками водоприемника) и напорного бассейна. При этом на деривационном тракте решетки должны отсутствовать; если же на тракте имеются решетки, то в момент измерения перепада между уровнями они должны быть освобождены от сора. Зависимость между расходами и перепадами воды Q=f(z) должна быть определена для нескольких характерных уровней верхнего бьефа.
На деривации, имеющей в своих пределах безнапорные водоводы, надо избегать таких форсированных расходов, при которых остаются лишь небольшие зазоры между уровнем воды и шельгой водоводов. Недопустимым следует считать переменный. режим работы водовода (переход от безнапорного к напорному), вредно отражающийся на облицовке водовода.
Необходимый порядок маневрирования затворами водосброса, в связи с промывом наносов, сбросом мусора и предотвращением размыва в нижнем бьефе, должен быть разработан лабораторными исследованиями или указан в проекте. Работа затворов должна быть построена так, чтобы на участке крепления не создавать больших удельных расходов, особенно при незначительных наполнениях нижнего бьефа и тем более при легко размываемых грунтах.
§ 34. Управление уровнями и расходами воды на головном гидроузле, в состав которого входит отстойник
Забор воды в несаморегулирующийся канал, в голове которого находится отстойник, представляет известный интерес. Здесь надо различать размещение отстойника: совместно с водоприемником l:1 вынесенного за пределы водоприемника, но соединенного с ним специальным коротким (соединительным) каналом. В первом случае регулирование расходов осуществляется аналогично схеме водозабора без отстойника. Регулирование расходов меньше расчетного осуществляется щитами нижней головы отстойника; щиты верхней головы и водоприемника полностью подняты.
Требуемый забор воды в канал через отстойник, совмещенный с водоприемником, может быть выполнен двумя путями. Значения расходов, при которых уровень воды в голове канала не выше отметки порога нижней головы отстойника, могут быть определены по тарировке щитов нижней головы. Значения расходов, при которых уровень воды в голове канала выше отметки порога нижней головы, определяются по наполнению головного участка канала Q=f (Н).
Если удаленность измерительного створа от плотины благодаря наличию соединительного канала создает затруднения для дежурного персонала, то регулирование может выполняться, кроме приема, указанного выше, следующими способами:
а) если расчетный расход деривации пропускается при полностью поднятых затворах нижней головы отстойника, то с помощью регулирования щитами водоприемника в голове соединительного канала устанавливается уровень, требуемый для данного расхода по зависимости Q = f (Н) для створа в соединительном канале; эта зависимость должна быть определена гидрометрическими измерениями на оборудованном створе;
б) забор расходов меньших расчетного при уровнях в верхнем бьефе ниже нормального подпорного уровня в условиях, указанных в п. а, производится при полностью поднятых щитах водоприемника; требуемое наполнение соединительного канала определяется или по зависимости Q=f (Н) для створа в соединительном канале или по тарировке порога нижней голоды отстойника; необходимое наполнение и расход в соединительном канале осуществляются регулированием затворами водосброса.
Пропуск расхода меньше расчетного потребует поддержания в отстойнике уровня воды также ниже расчетного. Однако некоторое снижение уровня не должно влиять на качество отстоя, вследствие уменьшения расходов воды в отстойнике.
§ 35. Управление уровнями и расходами воды на напорно-станционном узле
Основными предпосылками по управлению уровнями являются:
а) получение наибольшей выработки электроэнергии путем поддержания необходимых уровней в напорном бассейне и в отводящем канале гидростанции;
б) использование сбрасываемых излишков воды для промыва наносов и сора, проникающего к турбинным решеткам;
в) предотвращение зимних затруднений эксплуатации.
Необходимо остановиться на некоторых особенностях регулирования водного режима, которые должны быть известны дежурному инженеру станции.
Водозабор в саморегулирующейся деривации обеспечивается с помощью затворов водосброса головного узла. Изменение расхода в голове деривации, в соответствии с графиком нагрузки, должно производиться дежурным инженером заблаговременно, с учетом времени добегания волны попуска до напорного бассейна. Примерная продолжительность хода волны должна быть определена опытом.
При сравнительно небольших колебаниях нагрузки регулирование расходов деривации может быть упрощено за счет пропуска воды через холостой водосброс напорного бассейна. Однако такое упрощение может быть допущено только при наличии избытков воды в используемом водотоке и при возможности длительного использования холостого водосброса для пропуска небольших расходов. При этом канал переводится на режим с постоянным расходом, равным пиковому суточному водозабору. В напорном бассейне, не имеющем бокового водослива, поддерживается постоянный уровень с помощью пропуска излишков воды через холостой водосброс. В напорном бассейне с боковым водосливом уровень воды меняется.
В облицованных деривационных каналах можно добиться увеличения расхода воды путем установления кривой спада, причем кривая спада должна подойти к водоприемнику, а в конце канала может установиться глубина, близкая к критической. В противном случае увеличение расхода в конце канала будет кратковременным и будет продолжаться до сработки призмы в канале. Следовательно, созданием режима спада можно увеличить водозабор в деривации лишь в коротких каналах.
В напорном бассейне нельзя снижать уровень ниже отметки, обеспечивающей глубину над входным оголовком напорного трубопровода менее 1,75—2 м. При этой глубине еще может быть предотвращено засасывание воздуха в трубопровод.
Регулирование уровней воды в напорном бассейне гидростанции, расположенной на транзитном ирригационном канале с неукрепленным земляным руслом, имеет свои особенности. В таких каналах нельзя допускать обрушения откосов и заиления самих каналов как перед ГЭС, так и ниже ее. Заиление отводящего канала неизбежно вызовет потери напора на ГЭС. На таком транзитном канале необходимо обеспечить постоянную отметку уровня в напорном бассейне при сбросах и набросах нагрузки путем умелого маневрирования сбросным щитом.
Для гидростанций, работающих в каскаде, необходимо поддерживать постоянный уровень в напорном бассейне при колебаниях нагрузки.
Работа сифонного водосброса не должна создавать резких колебаний уровня воды. Для этого число готовых к действию секций сифона на водосбросе должно или соответствовать расходу деривации в данное время или превышать его, но на величину не свыше расхода одной секции сифона.
