水電站技術供水系統運行風險及控制措施分析

劉春雷

(遼寧觀音閣水力發電有限責任公司，遼寧 本溪 117100)

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水電站技術供水系統運行風險及控制措施分析

劉春雷

(遼寧觀音閣水力發電有限責任公司，遼寧 本溪 117100)

摘要：水電站的供水包括技術供水、消防供水和生活供水。其中，技術供水又被稱為生產供水，其主要任務是向水電站的各類運行設備供應冷卻用水。除此之外，技術供水還具有潤滑和水壓操作等輔助功能。技術供水系統是水電站重要的輔助系統之一，但在實際運行的過程中，系統仍存在若干運行風險，必須采取切實有效的措施加以控制和解決，以此為水電站長期處于穩定運行狀態提供更多保障。文章在介紹技術供水系統基本概念的基礎上，對某水電站技術供水系統的組成和配置進行了分析，并結合工作實踐經驗，對技術供水系統的運行風險及控制措施進行討論。

關鍵詞：水電站；技術供水系統；運行風險；控制措施

0引言

水電站的供水包括技術供水、消防供水和生活供水。其中，技術供水又被稱為生產供水，供水對象是水電站各類機電運行設備，如水輪機導軸承冷卻和潤滑、發電機空氣冷卻器、水冷式空氣壓縮機、發電機推力軸承和導軸承、水冷式變壓器冷卻器等。簡而言之，向水電站的各類運行設備供應冷卻用水是技術供水的主要任務。除此之外，技術供水還具有潤滑和水壓操作等輔助功能。

技術供水系統是水電站重要的輔助系統之一，但在實際運行過程中，系統仍存在若干運行風險，必須采取切實有效的措施加以控制和解決，以此為水電站長期處于穩定運行狀態提供更多保障[1]。

1技術供水系統的構成、配置及控制

主要包括3個方面的內容：

1.1　系統構成

某水電站機組、主變技術供水系統采用了相同的結構設計，配有加壓離心泵、泵空閥、自動排污濾水器(以上設備均為2臺)、四通換向閥(1臺)以及各類測控元件、管路和閥門。

其中，加壓離心泵和自動排污濾水器采用的是雙支路并聯設計，這種配置方法可以使一臺處于工作狀態，另外一臺處于備用狀態，一旦發生故障，備用設備可立即投入使用，避免對整個系統的正常運行產生影響。

技術供水系統以尾水作為水源，每臺機設取水口兩個，機組和主變技術供水系統的取水口、排水口均采用分開設置的方法，其中，取水口分別設置于尾水管擴散段340.0 m高層、連接段337.0 m高層；排水口分別設置于尾水管336.0 m高層、尾調室394.0 m高層。采用單機單元加壓的供水方式，每3臺機供水總管聯通，互為備用。

在供水對象方面，主變技術供水系統僅向主變油冷卻器供水，而機組技術供水系統的供水對象則相對較多，主要包括：

1)水輪機導軸承油冷卻器。

2)發電機空冷器。

3)發電機上導軸承油冷卻器。

4)發電機推力下導組合軸承油冷卻器。

1.2　電源配置

1.2.1機組技術供水控制系統

動力柜3面、聯制柜1面、濾水器、泵控閥現地控制箱各2個，以上設備均于機組技術供水室內布置。

1.2.2主變技術供水控制系統

動力柜2面、聯制柜1面、濾水器現地控制箱2個機組以及主變技術供水控制系統為離心泵動力柜均以機組自用電作為電源，離心泵的自控電源則采用動力柜進線電源C相電源。

機組技術供水水泵、濾水器進出口電動閥的自控電源均為相應的水泵電源，冷卻排水電動閥、四通換向閥均以1號動力柜電源作為自身的控制電源。

機組以及主變技術供水系統聯合控制柜的自控電源采用由開關電源裝置PS1、2供給的DC 24 V，PS1、2分別由AC 220 V、DC 220 V供電。技術供水濾水器的電源采用機組自用電。

1.3　系統控制

借助聯控柜PLC和機組LCU，可完成對機組以及主變技術供水系統的控制，其中，聯控柜PLC的構成部分主要包括：CPU與通訊模塊、開關與模擬量信號的輸入和輸出、觸控屏幕等。

1.3.1控制流程

整個控制流程可概括為：監控系統發出脈沖指令→機組LCU接收脈沖指令并進行相應處理→發送信號至機組與主變聯控柜PLC→指示技術供水系統進行相應動作。

在有需要的時候，機組LCU也可越過聯控柜PLC對水泵進行直接控制。另外，若增設電壓互感器，則當其檢測到主變帶電時，就會發出相應的控制信號啟動主變技術供水，主變技術供水系統可借此實現自動控制。

2技術供水系統的運行風險與控制

主要包括6個方面的內容：

2.1　初期電源設計問題

2.1.1狀況

在該水電站引進技術供水系統后的試運行階段，工作人員發現在啟動機組LCU遠程控制系統或是進行400V廠用電倒換操作時(以上操作均涉及技術供水泵控制回路的交流電源開閉)，均有一定幾率引發聯制柜進線電源接觸器KM1、KM2出現短時同時吸合的現象。一旦發生該問題，沖擊電流峰值會迅速提升至40A，隨后，1、2號技術供水泵的控制電源FU1以及聯控柜進線電源開關QA1、2跳開，系統同時發出“軟啟動器故障”的警報。

2.1.2措施

在對問題的發生過程進行仔細分析的基礎上，工作人員采取了將聯制柜內進線電源接觸器KM1的輔助常閉接點串入KM2線圈A2端、將KM2的輔助常閉接點串入KM1線圈A2端的做法，以此達到互鎖目的。實踐結果表明，上述問題再未出現，技術供水系統的電源切換回路得到進一步優化，為電源切換時的可靠供電提供了有效保障[2]。

2.2　水泵電機、軟起動器溫度高

試運行結束后，技術供水系統正式投入運營，但一段時間后工作人員發現，受技術供水泵電機效率較低的影響，繞組經常處于過熱狀態，并進一步引起了電機軸承、電機外殼溫度過高的問題，實測結果顯示，電機外殼溫度最高達到了99℃的水平。針對這一問題，工作人員采取了更換技術供水泵的做法，運行結果顯示，技術供水泵的軸承及外殼溫度降至70 ℃以下[3]。

除電機軸承和外殼存在高溫問題外，技術供水泵動力柜內的軟起動器也經常處于60 ℃以上的高溫運行狀態。該水電站技術供水系統采用的軟啟動器型號為ATS48C66Q，通過查詢生產商提供的使用說明書可知，在負載為額定電流且無旁路的狀態下，軟啟動器耗散功率應為1958 W。但是在實際運行的過程中，工作人員發現受軟啟動器高溫運行的影響，供水泵動力柜柜門以及動力銅排的分度分別達到了60 ℃和90 ℃。

為了解決高溫問題，技術人員采取了以下做法：將動力柜頂部原有的Φ120散熱風機更換為Φ160散熱風機，柜門下部開口并設置百葉窗，同時，對原有的軟啟動器進行更換，使之具備內置旁路。運行結果顯示，通過此項改造，動力銅排溫度可降低40 ℃，降溫效果顯著。

2.3　泵控閥控制管路破裂

2.3.1原因

在技術供水系統中，泵控閥設置在離心泵出口位置，具有使水泵輕載啟動、避免停泵水錘的作用。該水電站技術供水系統投運后不久，泵控閥控制管路就出現了多次破裂漏水問題，分析結果顯示，造成這一問題的原因主要有3個方面：

1)泵控閥管路設計存在缺陷，在運行過程中，進水管最前端的接頭需承受上腔進水管路及部件的大部分重量，極易導致接頭斷裂。

2)供水干管在運行過程中存在振動現象，在交變應力的長期作用下，控制管路及部件容易發生疲勞破壞。

3)安裝人員未按照規范要求進行操作，在安裝結束時，部分管路和部件就已經發生破損。

2.3.2措施

針對問題的發生原因，工作人員采取了以下解決措施：

1)改進原有的上腔進水管路設計，使進水管前端接頭承受的重力大幅降低。

2)增設管路支架至泵控閥進出口以及離心泵出口，以此減少管路振動，降低因振動而產生的應力。

3)對安裝操作作出嚴格要求，嚴禁出現人為損壞問題。

2.4　機組自用電的影響

根據原有設計，機組自用電的兩段母線同時帶動機組、主變技術供水泵各1臺，即母線處于分段運行的狀態。針對這一情況，工作人員提出分開供電的建議，即在正常運行的狀態下，機組、主變技術供水泵分別由兩段母線供電，這種做法一方面可以對負荷運行方式進行優化，避免一段母線所帶符合過高的問題，另一方面也可消除因某一段母線故障而導致機組、主變技術供水泵停運的可能性，將事故發生后的影響范圍壓縮到最低[4]。

除此之外，工作人員還發現，機組自用電備自投在廠用電倒換操作時將發生動作，進而導致某段母線短時間失電的問題，若該母線此時正在帶動水泵運作，則該水泵也將失電停運。為此，工作人員提出在廠用電倒換操作前應先對技術供水泵進行倒換操作的建議。

2.5　無法滿足自動開機條件

2.5.1無法自動開機的原因

根據技術供水系統原有的設計，主變冷卻器控制系統會以主變負荷電流或油溫作為判定依據來決定啟停冷卻器組數。在實際運行的過程中，工作人員發現在主變倒掛時經常出現只開啟1組冷卻器的情況，受此影響，總管流量無法滿足280 m3/h的最低要求，自動開機功能也因此無法得到實現。一旦發生該問題，技術人員就必須通過手動開啟另一組冷卻器的方式來完成“自動開機”。

2.5.2技術措施

針對這一問題，工作人員將主變控制系統改為主變倒掛運行，同時針對性的選擇了主變技術供水系統控制策略，即在發變組并網運行的狀態下，主變技術供水總管流量低限保持原有的280 m3/h；在主變倒掛運行的狀態下，重新整定主變技術供水總管流量低限。

2.6　供水中斷

2.6.1供水中斷的原因

技術供水泵的正常運行是技術供水系統完成對各負荷供水任務的基礎和前提，雖然該水電站配備了兩臺技術供水泵以備不時之需，但仍有兩臺設備同時發生故障的可能性。一旦出現這種情況，機組各負荷所需冷卻水就無法及時供給，極大的增加了機組被迫停運的風險。

2.6.2措施

針對這一情況，工作人員提出了機組及主變技術供水均采用以3臺機組作為一個單元的設計方法，為滿足緊急情況下的供水要求，3臺機組間設有電動聯通閥。不過，在發生故障的情況下，單臺技術供水泵是否能夠完成向兩臺機組供應冷卻水的任務還有待研究。雖然有這樣的顧慮，但主變技術供水系統還擁有消防用水這個備用水源，在主變倒掛運行時，也可在無冷卻水的狀態下短時間正常運行，這些都為恢復主變技術供水的正常運行提供了時間。

3結語

在技術供水系統投運一年以來，運行人員在全面了解系統組成、原理及工作模式的基礎上，對實際工作中發現的問題進行了全面分析和針對性處理，實踐結果顯示，通過以上優化和改進措施，技術供水系統的運行風險得到了有效控制，水電站的安全穩定運行也因此得到了有效保障。

參考文獻：

[1]林福君.水電站供水系統設計與施工[J].吉林水利，2013(12)：73-75.

[2]黃迎鳳.淺析水電站技術供水系統存在的問題及改進方法[J].科技致富向導，2015(02):98-98.

[3]馬貴、謝明、周顯壤.向家壩右岸電站技術供水系統運行方式研究[J].水力發電，2014(10):84-88.

[4]王青梅.水電廠技術供水系統狀態監測與故障診斷研究[J].科技創新導報，2012(10):167-173.

[作者簡介]劉春雷(1974-)，男，遼寧本溪人，助理工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：TV73

文獻標識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)09-0105-03