淺析水電站技術供水系統存在的問題及改進方法

【摘 要】本文以某中型水電站為例，闡述了水電站技術供水系統的組成、工作原理及設備參數，總結了機組投運后技術供水系統存在的一些問題，通過一系列改造處理后技術供水系統安全可靠，為水電站的技術供水設計及技術改造提供了一些借鑒。

【關鍵詞】技術供水；水泵供水；自流減壓供水；軸承；電機

0.概述

某中型水電站主供水采用單元供水系統，每臺機設置一個供水單元，每個供水單元包含機組供水系統和主變供水系統兩個部分。機組冷卻水、主變冷卻水、機組密封水供水設備均布置在蝸殼層的水泵房內，2009年首臺機組投運至今，技術供水系統先后出現了一些問題，通過一系列改造處理后技術供水系統安全可靠。

1.技術供水系統的組成及原理

1.1用水設備

全站技術供水的用水設備包括，發電機上、下導軸承冷卻器，發電機空氣冷卻器、推力軸承外循環裝置冷卻器、水導軸承冷卻器、水輪機主軸密封、調速器外加冷卻器、主變冷卻器及水冷式空壓機（中壓空壓機、檢修維護低壓空壓機及補氣低壓空壓機）。

1.2水源及供水方式

水電站水頭范圍為114.3～181.7m，此時采用自流減壓供水作為機組主供水源已不經濟（減壓會過多的增加水能損耗，浪費的水能已經高于裝設水泵供水時的電能和設備的費用），因此機組的技術供水方式采用水泵單元供水，自流減壓供水作為備用水源。單元供水即每臺機組各自有一組工作水泵，這種供水方式運行靈活，可靠性高便于自動控制。而集中供水是幾臺機組或全廠共用一組水泵，這種供水方式設備少，便于維護，但控制復雜，而且當機組運行臺數改變時會引起供水水壓波動。為使機組停機不致影響主變的冷卻用水，機組及主變壓器分別由獨立的供水泵供給。機組主軸密封用水以廠外自來清水系統清潔水為主供水，機組技術供水作為備用。

1.2.1機組冷卻水

（a）主供水源：機組冷卻水主供水源取自尾水管，經過兩臺臥式單級雙吸離心泵加壓，兩臺全自動濾水器過濾，通過一臺水控閥控制到達各用水設備。流經冷卻器后的水排至尾水管。

（b）備用水源：機組冷卻水的備用水源取自壓力鋼管，經二級減壓閥減壓至濾水器和水控閥，減壓閥排水至錐管。

1.2.2主變冷卻水

（a）主供水源：主變冷卻主供水源取自尾水管，經過兩臺臥式單級雙吸離心泵加壓，兩臺全自動濾水器過濾（濾水器排污至錐管），流經主變冷卻器后的水經尾水管上端排至尾閘室。

（b）備用水源：主變冷卻的備用水源取至機組備用水源即壓力鋼管經二級減壓后一路成為機組冷卻的備用水源，另一路成為主變冷卻的備用水源；主變冷卻的備用水源另有一路取自廠房消防供水。

1.2.3主軸密封

（a）主供水源：采用廠外824m高程低位水池（900m3）兩條DN200mm的管線一級減壓后供給，其中1F-3F機組主軸密封、補氣空壓機為一組，4F-6F機組主軸密封、中壓氣機、檢修用氣低壓氣機、地下副廠房衛生間為一組。

（b）備用水源：主軸密封備用水源取至機組冷卻主供水源水控閥后，經管道離心泵和全自動濾水器送至主軸密封（主軸密封水壓要求0.5～0.7Mpa，機組冷卻水壓達不夠，因此用管道泵加壓20米）。

1.2.4空壓機冷卻水

空壓機冷卻水直接取用清潔水系統，其冷卻水直接排至滲漏集水井。

2.技術供水存在的問題

水電站首臺機組投入運行后，經過近兩年時間的運行實踐，技術供水系統出現一些問題，總結歸納出為以下：

（1）機組技術供水主用水源水泵不滿足設計規定的有關揚程、流量性能參數，水泵額定揚程為35m（0.35MPa），流量為2262m3/h，現場實測值壓力約0.28MPa，流量約1805m3/h，均低于額定參數。機組用水設備無法滿足設計給定的壓力和流量定值，只能通過關閉冷卻器進出口蝶閥憋壓的方式運行（部分閥門開度不足30°）。這種運行方式會在蝶閥的閥盤處長期形成射流，造成閥門汽蝕，存在閥座密封沖毀的隱患。

（2）機組技術供水主用水源水泵的電機發熱嚴重，局部溫度高達85℃，機組技術供電機接線盒內接線柱螺栓擰緊力不夠，繞組線鼻子為開式短線鼻子，接觸面積不夠，運行中接觸面發熱，接線端子過熱氧化，致使接線端子、電纜接頭燒損，絕緣破壞造成相間短路故障。

（3）變頻器與電機不配套，機組技術供水泵電機采用的是普通電機，而電氣控制采用的是變頻器，普通電機都是按恒頻恒壓設計的，不可能完全適應變頻調速的要求。根據國內外實踐經驗表明，變頻器對普通電機的影響主要為，在運行中會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小，以及對電動機的匝間絕緣和對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反復沖擊下會加速老化。

3.處理方案

（1）針對上述機組技術供水泵及電機存在的問題，通過分析發現機組技術供水水泵遠離最優工況工作（揚程35m，流量2268m3/h），工作效率極低，遠低于水泵額定設計88.5%的效率，導致出口壓力偏高，流量偏低，按照《水力發電廠水力機械輔助設備系統設計技術規定》（DL5066-1996）及《三相異步電動機技術條件JB/T8680.1-1998》的規定，結合目前各水泵運行（流量及揚程）及機組設備運行溫升情況，選用了自貢水泵廠的500S35（G）離心泵和Y355L4-6/280kw電機，并將機組技術供水泵電機繞組線鼻子更換為閉式長線鼻子，增大了接觸面積，同時加裝了絕緣熱縮套，對接線柱進行了緊固處理。

（2）針對機組和主變技術供水泵車式密封和軸承失效缺陷的典型缺陷，500S35（G）離心泵采用新型車式密封，將深溝球軸承更換為調心軸承，技術供水泵改造時對電機基礎螺栓進行加強緊固處理，調整優化了電機與同心度，并減小了由于震動導致電機基礎發生位移的情況，利用2011—2012年機組檢修機會對6臺機組12臺技術供水泵進行改造，經過近一年時間運行發現該型號水泵揚程、流量性能參數能滿足供水系統要求，且閥門在全開狀態下能滿足設計院給定的壓力和流量定值要求，冷卻器進出口蝶閥無需通過關閉憋壓的方式運行，有效保證供水系統閥門等設備使用壽命，各部軸承及空氣冷卻器溫度也有所降低。

（3）針對變頻器與電機不配套的問題，經過同電氣控制設備廠家及設計院溝通，將 1F、2F機組技術供水電氣控制由變頻器改為軟啟動器，經過一定時間的運行與3F—6F機組技術供水水泵對比分析，兩種電機未出現明顯差異，決定變頻器控制的機組技術供水泵電機不更換為軟啟動器。

（4）針對機組檢修后主變冷卻器主用水源供水中斷、消防水作為備用水源運行不可靠的問題，增加了一路Φ200×6的主變冷卻水聯絡管，將6臺主變冷卻水聯絡， 6臺主變冷卻水形成相互備用，消除了安全隱患，提高了主變運行可靠性。

【參考文獻】

[1]陳存祖，呂鴻年合編.水力機組輔助設備.中國水利水電出版社，2004，8.