奎屯河三級水電站機組循環供水系統設計

安 剛

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 電站基本情況

1.1 電站概述

奎屯河三級水電站是奎屯河流域梯級開發的第三級電站，北距奎屯市約35 km，西距烏蘇市約28 km。電站為徑流式電站，采用引水式開發，地面廠房。工程開發任務是水力發電，承擔電力系統調峰任務。工程主要有取水口、引水暗渠、沉沙池、隧洞、前池、壓力管道、發電廠房、升壓站、尾水渠等建筑物組成。

電站裝設4臺（2臺×21.5 MW+2臺×10 MW）混流式水輪發電機組，水頭范圍為143.6～149.14 m，總裝機容量為63 MW，枯水期平均出力為5.4 MW，多年平均年發電量為2.067億kW·h，年利用小時數為3 281 h。

1.2 機組主要參數（見表1）

表1 機組主要參數

1.3 氣象

年平均氣溫： 8℃

極端最高氣溫： 40.7℃

極端最低氣溫： -33.7℃

多年平均水溫： 6℃

歷年最高水溫： 20℃

歷年最低水溫： 0℃

1.4 泥沙特性

根據河道1959年～1987年29年實測泥沙資料分析，計算懸移質年均含沙量0.98 kg/m3，多年平均輸沙量77.62萬t。其汛期平均含沙量1.54 kg/m3。見表 2、表 3。

表2 天然河道多年平均輸沙量統計表

表3 天然河道懸移質泥沙顆粒級配表

2 機組技術供水系統設計

2.1 機組技術供水方式的確定

根據《水力發電廠水力機械輔助設備系統設計技術規定》（DL/5066-2010）第4.1.8節，水頭（壓）在60～180 m時，宜采用自流減壓方式。本電站天然河道汛期泥沙含量較高，泥沙對機組各部冷卻器會產生磨損和堵塞，故無法完全采用自流減壓方式。且自流減壓供水相對水泵供水年減少發電量約50萬kW·h。經綜合分析，電站技術供水方式采用循環供水和自流減壓混合供水。汛期采用循環供水，非汛期采用循環供水為主，自流減壓為輔。

2.2 循環冷卻供水系統

機組循環冷卻供水系統包括：水輪發電機組各部冷卻器（上導推力、下導、水導、空冷）、循環水池、循環水泵、循環冷卻器、循環水管路、控制閥門及監控表計等組成。

（1）循環冷卻供水系統參數設定

根據主機廠提供的機組用水量參數，考慮循環水的損失和蒸發量，單臺循環冷卻器設計流量大機200 m3/s（小機150 m3/s）；機組各冷卻器進水溫度按25℃設計；循環冷卻器設計壓力1.0 MPa，試驗壓力1.5 MPa；機組冷卻水進口壓力0.2～0.5 MPa；循環冷卻器水頭損失8 m；循環冷卻器本體材料采用304不銹鋼；循環冷卻器進出口管徑大機DN200（小機DN150m）。

（2）循環水池有效容積計算

根據4臺機組布置方式，循環水池設置在主廠房下游尾水平臺下部，設置兩個獨立的循環水池（1臺大機和1臺小機共用一個水池），循環水池長5.5 m×寬6.25 m×高4.25 m。循環水池有效容積為補水水位至正常水位之間的容積，一般大于機組各部冷卻水總用量的20%。循環水池設置補水、正常、報警3個節點控制，并配置補水管、溢流管、排空管、通風孔、液位信號和水溫測量裝置。

（3）循環水泵的選擇

為了增加循環供水的可靠性，采用單元供水方式，每臺機對應2臺循環水泵（一用一備，相互切換），水泵采用長軸深井泵。21.5 MW機組循環水泵參數Q=220 m3/h,H=54 m,N=45 kW；10 MW機組循環水泵參數Q=160 m3/h,H=57.5 m,N=37 kW，水泵參數滿足循環冷卻器流量和壓力的要求。

（4）設備布置

根據廠房水工的布置情況，循環水泵布置在主廠房下游尾水平臺下部水泵室。循環冷卻器布置在2臺機尾水管出口之間尾水閘墩突出的混凝土板上，混凝土板上預留鋼板，用以固定循環冷卻器基礎。為防止電站全部機組在冬季停機狀況下尾水表面結冰，造成循環冷卻器凍裂，循環冷卻器頂部應低于尾水反坡頂部底板1 m以下，循環冷卻器進出管口布置在本體左右兩側。

為避免泥沙對循環冷卻器散熱的影響，冷卻器散熱管設計為豎排式，同時考慮由于泥沙附著的影響，將冷卻器散熱量計算中熱阻系數加大。循環冷卻器所有可拆卸的聯接件及基礎螺栓均采用不銹鋼加工制造。

3 運行中注意的事項

3.1 循環水池維護

循環水池首次充水時，必須清除建筑垃圾，并進行清洗，保證循環水的水質。運行一定時間，循環水池會產生泥沙、水生物、水質發臭等現象，應對水池定期進行排空清洗。

3.2 與自流減壓系統的切換

當循環系統故障檢修和定期維護時，為保證機組正常發電運行，機組技術供水由循環系統切換至自流減壓系統。運行和檢修規程中應嚴格規定機組技術供排水管路閥門的切換操作，并懸掛“禁止操作”的標示牌，防止循環水池出現淹沒事故。

3.3 循環冷卻器放空

當循環冷卻器需要放空時，關閉循環冷卻器進出口閥門，打開防冰運行管上的閥門，通過接電站壓縮空氣管道向系統內通壓縮空氣，把循環冷卻器中的循環水壓到循環水池中，排空循環冷卻器。

3.4 補水水源及水質要求

循環水補水取自河道邊的地下滲漏井井水，定期對水質進行檢測，保證PH值控制在6.5～8.5范圍內。

4 結束語

隨著奎屯河三級水電站投入運行以來，從實際運行效果來看，循環供水技術解決了多泥沙對機組技術供水系統的影響，提高了電站的發電量，保證了電站安全穩定運行，為今后國內外同類型水電站設計提供了一定的借鑒參考。

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