淺淡水電站冷卻水系統對主機設備的影響及日常維護

蔡霖 昆明宜良

摘要：本文結合實際案例，分析了水電站冷卻水系統對主機設備的影響及日常維護，分析結果表明，冷卻水系統可有效降低主機設備運行中產生的熱量，避免溫度過高而引發一系列故障，此外，通過合理的日常維護，可提升水電站冷卻水系統運行的穩定性和可靠性。

關鍵詞：水電站；冷卻水系統；主機設備；日常維護

冷卻水系統是確保水電站持續運行的主要冷卻系統，對降低主機設備運行故障，提升機組運行的穩定性有重要意義，也是提升水電站自動化水平的主要途徑。本文結合實例案例，對水電站冷卻水系統對主機設備的影響及日常維護做了如下分析。

1、 案例概述

云南某水電站，裝有3臺單機容量為34MW的沖擊式水輪發電機組，全廠技術供水以機組為單元，分為三個單元，每個單元由兩臺110kW的水泵從400m3發電機尾水集水井抽水與200m3消防水池并用的技術供水方式。其中200m3消防水池的水源：由小河口泉水經加壓水泵及兩套YZJ-500型一體化凈水裝置進行處理后，注入高程1180M高位200m3消防水池內，能夠保證提供10L/S的取水量。技術供水泵提供的水源，經濾清器（濾水器）及控制閥門，向發電機各道軸承冷卻器、空氣冷卻器及主變壓器冷卻器提供0.2-0.4MPa冷卻水。經多年運行后，現技術供水圖如下圖1所示：

圖1 現技術供水圖

2、 水電站冷卻水系統對主機設備的影響

冷卻水系統是水電站發電機組持續穩定運行的關鍵，主要作用是對主機設備進行冷卻降溫，確保各項設備都能正常運行，其對主機設備的影響主要體現在以下幾個方面：

2.1 防止水壓過低或過高對主機的影響

由于本站采用技術供水泵直供方式，導致供水量不夠甚至中斷的原因直接來源于技術供水泵的運行是否正常及集水井水位過低，此時PLC檢測到主用泵電機故障和電源故障時，發出故障報警信號，并停止故障水泵的運行，自動啟動備用泵運行，并將故障信號上送；集水井水位過低則通過高位水池進行補給的方式來解決水壓過低或過高對主機的影響。同時也可以通過機組單元之間的聯絡閥門來確保主機供水的安全可靠性【1】。

2.2防止結垢的影響

結垢是冷卻水系統常見問題，主要原因是隨著冷卻水溫度的升高，冷卻水中的鹽類析出附著在主機設備冷卻器表面，從而降低冷卻水系統的散熱效果，導致發電機組溫度升高，進而影響機組的正常運行。本電站冷卻水系統中設置了開式循環水池，在冷卻水總量保持不變的前提下，冷卻水系統中的結垢量為常數，當結垢完成后，冷卻水系統中的循環水就是軟水，就不會再次產生結垢。此外，在實際使用中，冷卻水系統中的水是四季長流的山泉水，并經過水池沉淀，雜質較少，并不會產生結垢現象，散熱效果有保證，可滿足水電站發電機組設備持續運行的要求。

2.3防水生物的影響

水生物會使供水管道的截面積降低，減少冷卻水量，難以滿足主機設備對散熱效果的需求，甚至會導致冷卻器軸承溫度升高，難以持續運行。在本電站采用了循環冷卻技術供水，可有效解決水生物的影響。在循環水池中加入相應的藥劑，可杜絕水生物生長，確保供水的可靠性，針對循環冷卻器外部生長的水生物，在檢修時進行處理即可。

2.4防泥沙的影響

泥沙對冷卻水系統的影響是磨損和堵塞供水系統，如果處理不及時會磨穿冷卻器銅管，降低冷卻效果，導致發電機組設備升溫，進而引發一系列故障。而本電站采用的冷卻水系統為一個閉式系統，在初次運行時采用的冷卻水為山泉水，無泥沙等雜質，可有效避免泥沙的影響，提升冷卻水系統的穩定性和持久性，確保機組設備能正常運行。

2.5降低機組設備運行能耗

采用循環冷卻水系統后，每臺機組各有一套獨立的供水系統，兩臺供水水泵，一臺工作，一臺備用。工作水泵隨機組的開停而開停。該系統的優點在于管路系統簡單可靠，水泵自動化接線簡單，管理方便。不從過流管道上直接取水，將該部分水量應用于發電中。該水電站發出的多余電力，既能供循環冷卻水系統使用，也可以加入到水電站發電量中【2】。水電站發電量越多，節能效果就越明顯。循環冷卻水系統水泵的揚程在35～45m之間，當水電站水頭超過35～45m時就會產生節能效果。而本電站的額定水頭662.9m已經遠遠超過該數值，節能效果顯著。

2.6提升機組設備運行的可靠性

機組設備可靠運行是水電站持續、可靠運行的關鍵。傳統冷卻水系統會受到河流自熱條件的影響，可靠性比較低，泥沙磨損也是主要的安全隱患，如果冷卻器散熱銅管被磨穿，則會破壞機組的絕緣層，甚至燒毀電機。通過應用循環式冷卻水系統則能有效解決這些問題，為水電站機組設備持續、可靠運行奠定堅實基礎。

3、 水電站冷卻水系統的日常維護

3.1定期檢查循環水泵電源供給方式

該電站單元循環冷卻水系統1#水泵動力電源來自于400V電廠用電Ⅰ段，2#的水泵電源來自于Ⅱ段。在日常維護中，需要電源供給方式進行全面系統檢查，發現問題及時處理，確保供電的穩定性。即使發生停電故障，循環冷卻水系統可以及時使用。通過此種互為備用的維護方式，大大提升了循環冷卻水系統運行的可靠性，也提升了水電站機組設備運行效率。

3.2定期維護示流信號器

為提升水電站運行的自動化程度，需要定期對該水電站循環冷卻水進水管、空冷器冷水出水管、推力冷卻水出水管、主軸密封供水管等管路上的熱導式示流信號器進行維護和檢查。當冷卻水投入運行后，通過示流信號器可探測到水流情況，并將探測到的結果傳輸到監控系統中。如果發現示流信號器無法正確傳輸回示流信號，使得機組設備頻繁發生啟動失敗故障。需要進行深入探查和分析，如果示流信號器上附著了一層褐色固體物質，導致示流信號器的靈敏度降低，通過清理后重新使用，但5天后又發生了相同故障，就需要更換示流信號器，具體做法如下：

針對此類故障的維護可以從取消示流信號器入手，用更加先進的電磁流量計來代替示流信號器，二者相比，電磁流量計的工作更加穩定、故障率極低、受水質的影響比較小。在電磁流量計中是設定報警值，當循環冷卻水系統中的水流量超過報警值時，電磁流量計內部接點立即閉合，并將相關信號及時傳輸到在監控系統，提醒操作人員及時處理。采用此種方法維護后，從根本上解決了示流信號無法正常返回的問題，大大提升了循環冷卻水系統運行的穩定性，冷卻效果大幅度提升。

3.3定期觀察水冷卻效果

該水電站循環冷卻水系統的交換器設置尾水渠中，通過和尾水渠水進行熱交換的方法降低循環水溫度的的目的。因此，在日常維護中，需要對冷卻水溫度進行定期測量，如果溫度過高，則可通過下述方法進行處理。

第一， 加強循環冷卻水池水資源更換的頻率，特別是炎熱的夏季，如果發現循環水池中的溫度偏高，則要立即打開排水，排出溫度較高的循環水，并補給新鮮的冷卻水，此種方法對提升冷卻效果非常有效。

第二，改變取水方式。在日常維護如果發現循環水換熱效果欠佳，則可停止使用循環供冷卻水系統，選擇尾水對集水井進行補水處理。夏季雨水比較充分，在水中泥沙雜質比較多，改變取水方式之前，要先對水質進行檢查，確認達到要求后，才能投入使用。

3.4定期對冷卻水系統管道進行檢查維護

冷卻水系統管道管道經過長時間運行后，由于腐蝕、運行管理不善等原因，不可避免的會產生各種損傷和泄露，因此，在日常維護中，需要對管道進行定期檢查試驗，及時發現問題進行處理。由于本電站為高水頭沖擊式機組，額定轉速600r/min，當管道出現問題時要求能快速處理并及時切換。

第一， 管道出現砂眼噴水時，可使用哈夫節或使用瑞普特水激活聚合物纏繞帶幾分鐘即可完成泄漏修復。若壓力較小，可清理砂眼后用生料帶纏繞與砂眼大小適當的木螺絲進行臨時性修復。使用以上方式可以在不停機的情況下快速臨時處理，不影響機組經濟運行。

第二， 管道焊口斷裂出現噴水時，應實情況處理。在正在運行的管道上進行焊接作業是存在風險的，這些風險包括管壁燒穿，氫脆，極易造成焊道下裂紋。而且一旦焊接部位管道腐蝕穿孔，原管道外壁與補強鋼板之間將會形成帶壓腔體，由于未焊透，焊縫極易被拉裂，會造成更大的損失。在機組運行中可使用奧普提管道修復的帶壓修復，橡膠自粘帶只能承受4 千克/平方厘米的壓力，而纏繞帶固化后，可以承受 300千克/平方厘米的壓力， 承受的間歇溫度高達 235℃；可用于防腐保護，加固，管道保護和絕緣，高達 16KV.減少了昂貴的緊急水管修復的成本。

第三， 也可以使用狄莫特滲漏修復組合進行修復。狄莫特是一種高分子材料，由精選鋼，鋁和其他金屬顆粒配比而成，該產品可以粘接眾多材料表面（金屬或非金屬），它可以結合任何材料或材料混合物，無論是有缺陷的還是沒有缺陷的。當兩組份混合后，不同的分子結合成高分子鏈，這些高分子鏈交織金屬顆粒形成三維立體結構，形成一種有出色物理性能的全新、耐用金屬基材料。超快型是世界著名的用于堵住油、油脂或潮濕表面的泄露產品。它可以在水和油浸泡環境中施工。3-4分鐘固化。由于堆焊或者補焊技術在實際應用中存在或多或少的問題，在電站實際運行過程中引用新技術新材料也將成為一種新的趨勢，它可以在機組正常運行中進行快速搶修，從而保障了設備的安全，提高了設備的可靠性，確保電站的經濟運行。

4、結束語

綜上所述，本文結合實際案例，分析了水電站冷卻水系統對主機設備的影響及日常維護，分析結果表明，冷卻水系統對主機設備持續穩定運行有重要意義，也是提升主機設備使用壽命的主要途徑途徑。需要進行定期維護保養，才能提升冷卻效果。在日常維護中可以從定期檢查循環水泵電源供給、定期維護示流信號器、定期觀察水冷卻效果、引用新技術新材料對故障搶修等方面入手。

參考文獻：

[1]劉鐵配，韓國其.老撾會蘭龐雅水電站機組冷卻水系統改造[J].紅水河，2018，37（04）：80-82.

[2]王鋒.新疆庫爾烏澤克水電站冷卻水系統的設計[J].通信電源技術，2018，35（03）：163-164.

（作者單位：云南滇能（集團）昆明柴石灘發電有限公司）