某电站机组机坑墙体渗水原因分析及处理

史恩泽，梁志海，郭永庆

(1.太平湾发电厂，辽宁 丹东 118000；2.绿源水力发电公司检修公司，辽宁 丹东 118000)

1 概述

太平湾发电厂长甸电站位于辽宁省宽甸满族自治县境内，是中朝界河鸭绿江中下游水丰电站的扩建工程，与水丰电站共用一个水库。厂区由A站和B站两座引水式厂房组成，其中A站于1986年开工建设，厂房内安装1号和2号水轮发电机组，装机容量2×75 MW，于1989年10月相继投产发电；B站于2011年开工建设，厂房内安装3号和4号水轮发电机组，装机容量2×100 MW，2014年9月相继投产发电。2016-12-21，现场检查发现1号机组机坑墙体外侧的水轮机层地面出现较大范围渗水，位置主要集中在机坑墙体下游侧，后经过几个月时间观察，发现渗水量时大时小、时有时无；机组开机运行时，渗水量较少，机组停机备用时，渗水较为明显。从2017年9月开始，1号机组启动频次较少，渗水量却逐渐加重，10月渗水范围扩散至机坑墙体外侧周围水轮机层地面的各个方向。

2 机坑墙体渗漏的危害

结合国内外水电站厂房及混凝土基础渗漏相关案例和钢筋混凝土的理化特性等相关资料可知，水轮发电机组机坑墙体一旦出现渗漏水问题，对电站的危害主要为以下3点。

(1) 渗漏水会使钢筋混凝土内部存在的氢氧化钙溶失，一旦钢筋混凝土所处环境的pH值变小，会导致混凝土结构中的钢筋易发生锈蚀，并会加快结构混凝土的碱骨料反应，从而影响到结构安全，缩短了墙体的使用年限。

(2) 渗漏水会引起电气设备绝缘性能降低，易造成墙体附属铁件锈蚀损坏。

(3) 如果渗漏水的压力较高，严重时还会导致混凝土中的细小颗粒被渗漏水带走，引发管涌效应，破坏混凝土原有成分比例，使混凝土内部产生孔穴，危害性更大。

3 渗漏水原因分析过程

3.1 渗漏水来源的初步判定

根据厂房结构，确定机坑墙体渗漏水可能来自以下2个方面。

(1) 厂房渗漏。如果混凝土内存在裂缝、孔洞或局部孔隙率超标，厂房周边或厂房内的积水就会沿孔隙渗入混凝土内，造成机坑墙体渗漏。

(2) 蜗壳和技术供水。长甸电站1号水轮机安装高程为29.90 m，机组技术供水水源有两路，分别是蜗壳供水和环管供水，环管供水取水口位置在上游快速闸门前方，高程为74.80 m，两路技术供水可互为备用。

机坑墙体内埋设的主要过水部件和管路包括蜗壳、尾水管、技术供水管路、测压管(蜗壳和尾水)，其中蜗壳埋设位置高程为25.40～30.40 m；尾水管(包括锥管和肘管)埋设位置高程为17.60～26.50 m；技术供水管路埋设在25.40～33.33 m；蜗壳测压管路埋设高程在27.90～31.40 m；尾水测压管路埋设高程在17.60～25.40 m；水轮机层地面高程为31.40 m，发电机层地面高程为37.03 m。

上述埋设部件如果有渗漏部位，在水带的压力作用下，水渗入混凝土，造成墙体渗漏。

3.2 从渗漏现象分析渗漏水来源

机组停机备用时渗漏严重，机组运行时渗漏较轻，说明渗漏与蜗壳水压有关，根据流体力学原理——伯努利方程式:

式中：P为流体压强，Pa；ρ为流体密度，kg/m3；v为流体平均流速，m/s；h为高度，m；g为重力加速度，m/s2；C为常数。

根据公式推导，当机组运行时，水流速度增大，在h不变的前题下，g与C为常数，所以压强减小，渗漏相对较轻。机组停机时，水流速度为0，压强较大，渗漏相对较重。所以现场观察的渗漏现象说明渗漏水源可能是部分或全部来自蜗壳。

3.3 渗漏水来源的排查过程及结论

2017-04-28—2017-05-05，1号机组停机，组织专业人员进行排查，排查过程分2个阶段。

3.3.1 排查过程

(1) 关闭技术供水进口阀，关闭调压井快速门，截断机组进水；关闭尾水门，截断尾水，进行蜗壳、尾水管排水。排空后确认渗漏水全部消失，排除渗漏水来源于厂房渗漏的可能。

(2) 在压力钢管、蜗壳和尾水管排空的状态下，投入1号机组环管供水水源，观察墙体，未出现渗漏问题，排除技术供水埋设管路渗漏的可能。

3.3.2 结论

因尾水管及连接测压管路距渗漏位置较远，且尾水压力小，已被排除其导致墙体渗漏的可能，通过上述排查，确定了机坑墙体渗漏水源来自于蜗壳。

3.4 渗漏点查找过程

3.4.1 查找方法

采用反渗透法和蜗壳内表面无损检测法，首先将蜗壳内部排空，待干燥后，在水轮机层地面的机坑墙体外围选择三个渗漏严重的部位，用防火泥围成约10 cm高的水槽，在水槽内注入水，观察蜗壳内部是否有反渗透的水渍，以此判断渗漏位置；再对发现的渗漏点或目视检查发现的疑似渗漏部位，进行无损探伤，如果仍然没有查到渗漏点，再用UT无损检测法对蜗壳内部的焊缝进行100 %全比例检测。

3.4.2 实施过程

(1) 2017年10—12月，在长甸电站1号机组A级检修期间，按方案要求完成各项措施后，在防火泥围成的水槽内注水后第三天，发现蜗壳内侧测压管口有水渗出，确定了测压管本身或测压管进口与蜗壳焊接部位可能存在渗漏点。

(2) 2017-11-28，委托金属检测单位对蜗壳内部所有测压管口(共四个，三个内侧测压口和一个外侧测压口)与蜗壳焊接部位的焊缝进行检测，检查结果未见异常。

排除了蜗壳内部测压管进水口焊缝开裂的可能，确定了渗漏原因是埋设在机坑墙体混凝土内的蜗壳测压管发生渗漏。

(3) 2017-12-12—2017-12-13，用压力试验方法排查埋设在机坑墙体混凝土内的蜗壳测压管。

将蜗壳内所有测压管进口，采用钢板焊接封堵严密，封堵前与布置水轮机层地面的另一端口进行对应编号，编号完毕后在出口进行注水打压，检查压力变化情况。检查结果为蜗壳内侧上部位置测压管渗漏严重，注水5 min后，水从水车室内墙壁顶盖排水口大量排出，确定可能是管路爆裂。蜗壳内侧中部位置的测压管和下部位置的测压管压力表指数缓慢下降，确定管路为微渗，可能是有裂纹缺陷。对蜗壳外侧的测压管打压15 min后，压力不再下降，确定管路未渗漏。

4 处理方法

由于蜗壳测压管渗漏点位置埋设在机坑墙体的钢筋混凝土内，已无法进行修复，故对蜗壳内部的四路测压管进行报废，对测压管两端管口进行封堵，同时制定新的测压管路改造方案，代替原蜗壳测压管路的功能。具体的处理方案如下。

4.1 测压管封方法

(1) 在水轮机层地面出口端，从地面位置割平，管口用10 mm厚钢板焊接封堵。

(2) 蜗壳内进水管口用电钻钻Φ20孔，管内用防水材料填充，待干燥后，用与蜗壳同材质的16Mn钢进行塞焊，塞块尺寸根据现场实际测量，厚度不低于同位置蜗壳金属厚度，焊接后进行表面修型，完毕后再进行无损检测，如图1所示。

4.2 测压管功能替代方案

该机组蜗壳内原测压管共四根，其中内侧三根，在蜗壳内侧固定导叶上方，分布在同一截面上，管口与管口之间相距100 mm，另一端在水轮机层地面并排引出后并入同一根管路。蜗壳外侧测压管进口与内侧布置在同一截面上，高程与内侧中间的管口相同，另一端在水轮机层地面引出，试验时内、外测压管引出口之间可以安装压差传感器。

测量蜗壳压差的目的是通过内外侧的压差数据，推算出水轮机流量数据，进而校核水轮机工作效率。

替代方案在蜗壳内原外侧测压管进口和原内侧三个测压管进口中间位置各焊接一个测嘴。测嘴为圆柱形，材质为不锈钢，其中一个测嘴表面设计Φ5圆孔，为压力水入口；另一表面焊接在蜗壳上，圆柱表面设计Φ15圆孔，焊接Φ14×2.5不锈钢管，不锈钢管沿蜗壳内表面引出到蜗壳人孔门附近位置，再钻孔引出蜗壳外，管路出口设计表计接口，不锈钢管用焊接管夹固定，蜗壳钻孔处焊接测压座，焊接完毕后进行焊缝无损检测。为防止流体中的杂物覆盖在测嘴上，堵塞进水口，测嘴周围焊接过渡流线板。

5 处理效果

按照事先制订的方案，在2018年3—5月对机坑墙体进行处理，2018年6月下旬机组检修完毕，正式交付系统后，经过几个月时间的运行观察，未发现墙体有任何渗漏水现象。同时，在机组检修后试验阶段，运用改造后的蜗壳测压管进行压差测量，效果良好。

实践证明，长甸电站1号机组机坑墙体渗水的处理方法是可行的。

6 结束语

埋设在电站厂房中的细小测压管路属于不可修复的部件，一旦出现渗漏问题将无法修复。长甸电站1号机组蜗壳内测压管渗漏经分析是由于设计时采用的是非不锈材质的管件且长期缺乏维护，造成管路内外表面严重锈蚀、管壁变薄，同时受机组运行中振动力的影响，导致产生裂纹、甚至爆裂引发的。对建设中或正在运行的水电站，建议如下。

(1) 新建电站的埋设管路采用不锈钢，安装前做好质量检查，管壁厚要有足够的安全系数，管路埋设前，重点检查接头和焊接部位的质量。

(2) 加强日常维护，机组检修期间用压缩空气吹扫。

(3) 定期进行排水，严防锈蚀。

以上方法能够延长混凝土内埋设管路的使用寿命，长甸电站1号机组机坑墙体渗水处理的成功经验，为国内水电站处理类似问题提供了参考。