蓋下壩水電站機組技術供水系統設計

李樹剛，門 飛，莊乾彪，任哲明

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春130021）

蓋下壩水電站位于重慶市云陽縣云峰鄉境內長江南岸的一級支流長灘河上。本工程是長灘河流域梯級開發的龍頭電站。電站為引水式電站，是以發電為主，兼顧防洪、旅游等綜合利用的大型水電工程。電站由水庫、引水系統、廠房、地面開關站及副廠房組成。引水系統采用1洞3機的布置方式，設有上游調壓井。電站水頭范圍為137.0～187.3 m，總裝機容量132 MW，裝設3臺單機容量為44 MW的立軸混流式水輪發電機組。電站建成后承擔重慶市電網的調峰和事故備用任務。

1 機組技術供水用戶及其要求

本電站機組技術供水用戶有發電機空氣冷卻器、上導及推力軸承油冷卻器、下導軸承油冷卻器及水輪機導軸承油冷卻器。

依據設備資料，各用戶用水量如下：

發電機空氣冷卻器用水量：240 m3/h；

上機架冷卻器用水量：50 m3/h；

下機架冷卻器用水量：10 m3/h；

水導軸承冷卻器用水量：10 m3/h；

一臺機組冷卻總用水量：310 m3/h。

2 機組技術供水方式選擇

本電站工作水頭范圍為137.0～187.3 m，額定水頭161.6 m。機組技術供水可以采用射流泵供水、水泵供水、頂蓋取水或其他供水方式。

射流泵供水方式，工作流體取自壓力鋼管，從尾水渠抽水經濾水器過濾后向機組供水。射流泵供水兼有自流減壓供水和水泵供水的優點，可以回收利用一部分水能，設備制造簡單、運行維護方便。在國內龍羊峽電站、東江電站等水電站已有使用。但射流泵的設計和運行經驗不多，定型產品不多，設備布置占地面積大且較難適應于水頭變幅較大的機組。

頂蓋取水是一種較經濟的技術供水方式。但是由于其取水流量不穩定，且本電站水頭變幅大，也不太適合采用頂蓋取水。

水泵供水方式的優點是供水水壓、流量均較穩定，并可以節約水能。其缺點是消耗電能，并增加了運行維護的工作量。由于本電站水頭高，采用水泵供水方式所節約的水能大于所消耗的電能，符合節能的要求。

另外，結合本電站位于重慶地區，汛期河流時間長且河水泥沙含量較大，并且機組技術供水用戶均為冷卻用水。在設計中考慮了在尾水渠中設置熱交換器的密閉循環進行二次冷卻的技術供水方式。除了水泵供水方式的特點，采用尾水渠中設置熱交換器的密閉循環進行二次冷卻的技術供水方式還有防堵防結垢和低磨損等優點。密閉循環系統中的水采用清潔水（如生活用水），可有效防止汛期河流含沙量大引起的管道和設備堵塞和磨損，并可以避免機組冷卻器及管道結垢和水生物的影響。

綜合比較以上幾種供水方式，并結合本電站的具體情況，設計采用了在尾水渠中設置熱交換器的密閉循環進行二次冷卻的技術供水方式。

3 系統設計

3.1 系統組成及原理

本電站裝設3臺水輪發電機組，每臺機組作為一個供水單元。每個單元均由循環水箱、循環水泵、機組技術供水用戶、熱交換器、管道、閥門及自動化元件等組成。

根據機組冷卻器用戶的用水量和估算的管道系統中的水量確定每個單元設置一個有效容積為40 m3的循環水箱（圖1）。循環水泵采用立式離心泵，每個單元設置2臺循環水泵，1主1備，定期切換運行。水泵揚程為38 m，設計流量為348 m3/h。熱交換器為HSW-1510型冷卻器，每個單元設置1套。

圖1 系統原理圖

立式離心水泵從循環水箱中將冷卻水加壓送至機組各冷卻器用戶，由于機組運行而升溫后的水引至設置在尾水渠中的熱交換器，利用熱交換器與外部流動的河水進行熱交換，將來自機組的升溫后的循環水冷卻，使冷卻水水溫降低到滿足機組對冷卻水水溫的要求后回到循環水箱中。再由循環水泵從水箱中將冷卻水加壓送至機組各冷卻器用戶。通過這樣不斷的循環，機組冷卻水形成了循環水，保證了機組正常運行。系統中設置有壓力表、壓力控制器、溫度計、流量監測、流量調節閥等，用于監測系統運行狀態和調節向各用戶的流量分配，使技術供水系統運行在較優狀態。技術供水系統的啟停并入開停機程序中與機組同步運行。

3.2 熱工計算及熱交換器結構

根據機組技術參數、河水水溫資料、機組各冷卻器進出水溫度條件及用水量進行熱交換器的熱工計算，得出需要的熱交換器換熱面積，結合電站布置條件確定熱交換器的外形尺寸。在設計時充分考慮了熱交換裕量，以保證熱交換器能夠安全可靠的運行。

熱交換器采用鋼管構成框架，換熱管排置入框架內，中部采用兩道扁鋼固定。熱交換管采用無縫鋼管，無縫鋼管的管間距離和布置滿足熱交換要求并能保證河水中的雜質順利通過，同時也便于檢修時清理掛附在熱交換器表面的殘留物。

固定及連接用的螺栓和螺母均采用不銹鋼材料。框架頂部設有吊耳，起吊時換熱管排基本不受力，可有效防止起吊時損壞換熱管的焊縫。所有浸沒在水中的金屬管路及熱交換器固定裝置表面處理材料均為低熱阻材料，以保證盡量減少影響整體的熱交換效率。

3.3 密閉循環進行二次冷卻的技術供水方式的優點

與傳統的自流減壓供水方式或尾水取水的水泵供水方式相比，在尾水渠中設置熱交換器的密閉循環進行二次冷卻的技術供水方式具有明顯優越性：

（1）循環冷卻水中不含泥沙、漂浮物、水生物等，在水電站運行中技術供水系統不會發生濾水器或管道堵塞等問題，可確保機組正常運行（特別是汛期）。

（2）延長機組水系統設備壽命：由于密閉循環系統中的水采用清潔水（如生活用水），不含泥沙、漂浮物、水生物等，冷卻水對水系統中的設備磨損大為減小，并可以避免機組冷卻器及管道結垢和水生物的影響。提高電站運行的可靠性，保證機組各冷卻器的熱交換效率且有效延長機組和技術供水系統設備使用壽命。

（3）節省了維修費用和時間：由于冷卻水質好，避免了過去水質差帶來的困難，只需一般性檢查。

4 結束語

蓋下壩水電站的機組技術供水系統，采用了在尾水渠中設置熱交換器的密閉循環進行二次冷卻的技術供水方式，在機組調試和試運行期間冷卻效果良好，機組各用戶溫度監測正常，均低于溫度報警設定值。這種技術供水方式有效避免了泥沙、漂浮物、水生物、管道結垢等的影響，保證了機組的正常運行。