水電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析

趙文慶

（河北省涉縣水利局，河北邯鄲056400）

水電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析

趙文慶

（河北省涉縣水利局，河北邯鄲056400）

水電站是主要的電能供應(yīng)體之一，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。在水電站運(yùn)行管理中，合理的技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅有利于實(shí)現(xiàn)電站節(jié)能減排的目標(biāo)，還可提升電站的經(jīng)濟(jì)效益。本文將以某大型水電站為例，系統(tǒng)地分析水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)途徑，旨在提升水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的運(yùn)行效率及穩(wěn)定性。

水電站；供水；設(shè)計(jì)

一般來說，水電站供水包含3個(gè)方面，即技術(shù)、消防以及生活供水。對(duì)于水電站而言，技術(shù)供水是主體，同時(shí)兼顧生活與消防用水，最終形成一個(gè)整體的供水系統(tǒng)。本文將結(jié)合某一個(gè)具體的水電站工程，就技術(shù)供水做出具體的分析探討。

1 水電站技術(shù)供水系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)、供水方式

某水電站作為大型水電站，在左右兩岸都設(shè)置了廠房，廠房?jī)?nèi)部各裝有770MW水輪發(fā)電機(jī)組，調(diào)節(jié)庫容為64.6×108m3，水庫的總庫容為126.7× 108m3，水輪機(jī)最小水頭154.6m，最大水頭229.4m，額定水頭197m。該水電站技術(shù)供水系統(tǒng)選擇推導(dǎo)軸承油冷卻器、水導(dǎo)軸承油冷水器、上導(dǎo)軸承油冷卻器、空冷器以及主變油冷器提供冷卻水，這樣就為主軸密封以及調(diào)速器壓油裝置冷卻器提供備用的水源，其用水量大約2400m3/h。

（1）基本原則。機(jī)組可靠性運(yùn)行離不開技術(shù)供水，它是基本的輔助設(shè)備系統(tǒng)，只要技術(shù)供水中斷或者出現(xiàn)無法滿足用水需求的情況，機(jī)組的正常運(yùn)行就得不到保障。所以，在選擇技術(shù)供水方案的時(shí)候需要考慮3個(gè)因素：①機(jī)組需要滿足安全性、穩(wěn)定性要求；②本身操作的方便性以及維修的簡(jiǎn)便性；③滿足投資少、經(jīng)濟(jì)合理性原則，確保設(shè)備布置的方便性［1］。

（2）供水方式的選擇。在水電站水泵電機(jī)電源設(shè)計(jì)可靠性的要求之下，必須要落實(shí)水泵安全運(yùn)行的各項(xiàng)指標(biāo)。由于該水電站泥沙過大的時(shí)間主要集中在汛期的3個(gè)月，并且其泥沙粒徑偏小，莫氏硬度超出5%的泥沙含量相對(duì)偏少，可能產(chǎn)生的葉輪磨損程度也非常有限，所以通過使用不銹鋼葉輪就可以保證水泵供水的可靠性。在安全性得到保證的基礎(chǔ)上，應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)性較好的射流泵以及減壓閥的供水模式。所以，在該水電站的技術(shù)供水系統(tǒng)中使用水泵供水的方式，具體的供水系統(tǒng)如圖1所示［2］。

2 水電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)

（1）相鄰的機(jī)組技術(shù)供水作為相互之間的備用。作為轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，積水供水泵在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)難免會(huì)遇到停運(yùn)等故障，所以，為了避免這類故障的發(fā)生，該水電站選擇將3臺(tái)相鄰的機(jī)組技術(shù)供水單元相互連通，用作彼此的備用設(shè)備，具體以1、2、3F技術(shù)供水系統(tǒng)為例，如圖2所示。3個(gè)機(jī)組在經(jīng)過濾水器與離心泵之后，通過電動(dòng)連通閥在供水干管上聯(lián)通。如果1F技術(shù)供水的1、2號(hào)離心泵同時(shí)發(fā)生故障，就可以將濾水器出口閥門關(guān)閉，將2F所備用的離心泵開啟，然后將1與2F的供水連通閥打開，將1F的1、2號(hào)濾水器出口閥門關(guān)閉，開啟2F的備用離心泵，確保1與2F供水連通閥保持打開狀態(tài)，這樣就會(huì)把技術(shù)供水提供給1F，保證機(jī)組能夠持續(xù)正常地運(yùn)行下去［3］。

（2）正、反向倒換使用四通換向閥。該水電站在技術(shù)供水原本是通過4個(gè)閥門組成閥門的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)正、反方向的倒換的，其中1、3為全開閥門，2、4為全關(guān)閥門，實(shí)現(xiàn)正向供水；2、4為全開閥門，1、3為全關(guān)閥門，實(shí)現(xiàn)反向供水，但是倒換的操作相對(duì)復(fù)雜?？紤]到閥門本身的特性不同，且人員在操作閥門的時(shí)間與順序方面都會(huì)存在差異，導(dǎo)致閥門組全部開放或者全部關(guān)閉的時(shí)間不一樣，將會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的壓力波動(dòng)［4］。通過優(yōu)化在該水電站選擇四通換向閥來實(shí)現(xiàn)正、反的供水，其四通換向閥在技術(shù)供水中的正、反向倒換不僅操作簡(jiǎn)便，同時(shí)也能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具體如圖3所示。

圖1 技術(shù)供水簡(jiǎn)圖

圖2 1、2、3F機(jī)組供水聯(lián)通示意圖

（3）提供重要供水負(fù)荷的備用水源。主軸的密封裝置是設(shè)置在水輪機(jī)的主軸與頂蓋之間的，主要用于阻擋尾水管中的水，避免主軸與頂蓋的間隙中溢出水。由于要利用帶有壓力的水實(shí)現(xiàn)密封，所以通過主軸密封的水是不能夠中斷的。按照水電站的重要性，該水電站的主要供水源為生活用水，機(jī)組的技術(shù)供水作為其備用供水源，這樣才能避免因水泵停運(yùn)發(fā)生頂蓋漏水的現(xiàn)象，最終釀成淹水事故。考慮到一旦機(jī)組停機(jī)就可能出現(xiàn)倒掛廠用電運(yùn)行，于是水電站將消防供水作為主變冷卻備用水源。另外，一旦主變技術(shù)供水離心泵處出現(xiàn)故障，設(shè)備將無法繼續(xù)正常運(yùn)行，那么主變冷卻水源可以選擇消防水，使主變的正常安全運(yùn)行得到保障［5］。

（4）智能化倒換工作。為了盡可能簡(jiǎn)化運(yùn)行人員的實(shí)際操作，在技術(shù)供水方面，水電站可以將原本操作頻次偏高的閥門改變成為電動(dòng)閥門，并利用中控室來操作，這樣就能大幅減少運(yùn)行人員的工作量。如果供水泵、四通換向閥以及濾水器等需要定期倒換，就可以通過可編程序邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicControuer，簡(jiǎn)稱PLC）完成定時(shí)倒換，以順利實(shí)現(xiàn)智能化的定期倒換技術(shù)供水系統(tǒng)，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)無人值班提供良好的基礎(chǔ)條件［6］。

圖3 正反向供水系統(tǒng)比較

（5）做好供水泵檢修與維護(hù)的優(yōu)化處理。對(duì)于技術(shù)供水離心泵的軸封，應(yīng)選擇密封性能良好的集裝式機(jī)械，這樣便于檢查與維修，并且也擁有抗磨性能與防泥沙的能力，更換軸封的護(hù)套也更加方便。供水離心泵作為中開泵，在檢查時(shí)也不需要從管道之中拆除泵，只需要打開泵的上蓋，就可以調(diào)出葉輪，同時(shí)針對(duì)其他設(shè)備開展檢修處理工作［7］。

（6）其他。對(duì)于機(jī)組的現(xiàn)地控制單元LCU（LocalControlUnit，簡(jiǎn)稱LCU）而言，它跨越PLC設(shè)置了直接控制水泵的功能，一旦供水系統(tǒng)PLC出現(xiàn)故障，遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)行人員就可以啟動(dòng)或停止技術(shù)供水泵。換言之，控制命令能夠跨越PLC，直接下到水泵的啟停常規(guī)回路之上。對(duì)于取水口的攔污柵應(yīng)選擇防堵塞的順?biāo)鳁l形結(jié)構(gòu)，空冷器則選擇下進(jìn)下出的防泥沙冷卻水形式［8］。

3 結(jié)語

總而言之，通過合理地選擇供水方式并采用相應(yīng)的技術(shù)供水系統(tǒng)，可以大幅度降低水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的能耗，使得水電站的技術(shù)供水系統(tǒng)節(jié)能幅度達(dá)到50%～100%，取得的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。但是，今后的供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)還需進(jìn)一步完善，致力于讓水電站供水具備更強(qiáng)的穩(wěn)定性與可靠性。本文以某大型水電站供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行的探析也可以在今后同類型的水電站供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到借鑒與應(yīng)用，對(duì)實(shí)際操作具有一定的指導(dǎo)意義。

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1672-2469（2015）12-0087-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.030

趙文慶（1971年—），男，高級(jí)工程師。