水電站機組技術供水改造的探討

錢文華

（大唐宣威水電開發有限公司，云南 宣威 655405）

0 前言

技術供水系統對象為發電機組各部軸承、發電機空氣冷卻器，是水電站機組安全穩定運行必要條件，冷卻系統不正常時，機組各部軸承及定子會迅速升溫，最終導致機組的事故停機，甚至會燒損軸承導瓦。

萬家口子水電站為引水式電站，大壩為雙曲混凝土拱壩，壩高167.5 m，總庫容2.793億m3，壩后岸邊式廠房，電站共裝機2臺，單機容量90 MW，總裝機容量180 MW，技術供水采為水泵供水方式。

1 水電站機組技術供水現狀

主用閉式循環供水由循環水池、循環水冷卻器、水泵、水池補水電動閥門、循環冷卻供水電動閥門及控制系統組成，采用深井泵將循環水池水抽出經尾水熱交換器后送至機組各部軸承及定子空氣冷卻器再排回至循環水池，循環使用。

主用閉式循環供水系統缺點在于：水泵功率較大，供水時對發電廠廠用電率影響大，對水泵可靠性、穩定性要求也非常高；單獨啟動一臺機組時，還可以利用備用泵進行輪換，在啟動兩臺機組后，水泵輪換邏輯存在一定問題。優點在于采用閉式內循環，加裝凈水裝置，水質清潔，能最大程度延長技術供水及機組冷卻系統設備的使用壽命。

備用尾水水泵供水由底閥、進水閥、濾水器、排水閥、水泵、電機及控制系統組成，采用離心泵從尾水抽水經濾水器送至機組各部軸承及定子空氣冷卻器后再通過主管上的三通閥排出至尾水。

備用尾水取水水泵技術供水口高層為EL1300 m左右，在兩臺機組全停狀態尾水水位高層EL1298 m左右，只有在1臺機組開啟的狀態尾水取水口水位方能EL1302 m左右，尾水取水口端部安裝底閥，在首次啟動前需要對離心泵取水管進行充水。

正常情況下機組技術供水為閉式循環水泵供水方式，當循環冷卻水系統出現故障時，投入尾水取水供水。技術供水系統見圖1。

圖1 技術供水系統圖

雖然水電站機組技術供水采用主備兩套，從一定程度上保障機組技術供水可靠性，但依然存在一些問題：

1）循環冷卻水系統中的冷卻器安裝在尾水水面以下，利用機組尾水出口水進行冷卻，但不利于檢修，當尾水冷卻器出現故障后，由于下半部分位于水面以下，檢修時不便進行拆卸及安裝；

2）備用技術供水尾水取水管口安裝高層較高，在兩臺機組全停時，尾水水位位于取水管口底閥之下，無法直接啟動備用尾水取水技術供水系統；

3）增大了廠用電率，機組黑啟動時需要外來電源啟動機組技術供水，水泵葉輪運行一段時間經氣蝕后，效率會下降，后期每年定檢維護成本較高。

2 自流減壓技術供水方式

國內其它一些庫容較大的水電站機組技術供水采用較多一種便是從蝸殼取水，從每臺機組快速門（蝶閥）后蝸殼內兩處取水，組成環網通過減壓閥、濾水器、四通閥形成兩進一出，互為備用。見下圖2。

自流減壓取水方式對減壓閥及濾水器要求較高，但對電源要求不高，通過手動方式便可以將技術供水啟動，對廠用電率影響小，而且綜合考慮到正反向沖洗功能，可以有效對各部軸承及定子空冷器沉積的泥沙進行沖洗。

自流減壓取水方式對取水點凈水頭、水質有一定要求，一般凈水頭在70-120 m間，所引取水源中的泥沙及礦物質含量小于5 kg/m3，如果泥沙含量較高必須考慮反沖洗及縮短技術供水及機組各部軸承冷卻器檢修周期；自流取水方式，凈水頭在15-70 m間，但由于壓力偏低，通常引水管徑需要加大從而增大流量以提高冷卻效果；凈水頭120 m以上，對減壓閥要求較高。

凈水頭120 m以上時采用自流減壓技術供水需要注意幾點問題：

1）濾水器進出水管連接結構，國內水電站通常用的為剛性及柔性兩種結構方式，兩種方式各有優缺點，剛性結構能用于恒溫或溫差不大部位，柔性結構用于有溫差部位、有適當伸縮量的部位；

2）柔性結構可以補償溫差對管路連接法蘭處間隙影響，緩沖一定的機組技術供水充水時管路受到水沖力，采用柔性結構時應注意采取措施將柔性兩端連接法蘭處的固定，保證管路軸線水平，以防止徑向水沖力對柔性結構破壞；

2）剛性結構強度較柔性結構更高，但在溫差較大的部位使用時會出現接頭法蘭處出現滲水現象，時間長后甚至會對管路強度造成一定影響，所以需要考慮環境晝夜溫差以及夏天兩季與冬天溫差。

圖2 自流減壓技術供水系統圖

3 水電站機組技術供水改造

3.1 控制程序優化

PLC控制程序優化：1臺機組啟動時，采用每次啟動前自動與備用泵進行輪換；2臺機組啟動時，采用占先原則，即誰先輪換誰輪的方式，備用泵2#在停止、無故障狀態方能進行輪換，下次啟動時在啟動另一臺。

主用閉式循環取水與尾水水泵取水供水結合優化：首臺機組啟動時采用閉式循環水供水系統，啟動正常后，通過尾水水位計或液位開關判定尾水水位超過EL1301 m，啟動尾水水泵取水系統作為第二臺機組技術供水。兩套技術供水結合后可以更有效解決主用閉式循環供水出現故障后的機組技術供水問題。

3.2 反沖洗結構優化

萬家口子水電站機組技術供水未考慮反沖洗的功能。正常采用主用閉式循環供水方式時冷卻系統設備中水質清潔，設備中基本不會有泥沙淤積，但采用備用技術供水系統是從尾水河道直接抽水，時間長后會有泥沙在供水系統及機組冷卻系統設備內沉積。

對技術供水系統管路進行改造。見圖3。

圖3 技術供水反沖洗管路改造

改造后可以實現定期對機組各部軸承及定子空氣冷卻器管路進行反沖，提高設備可靠性及穩定性。

對備用技術供水尾水取水口管口進行改造，向下延伸3m，以保證兩臺機組停機情況下可以由尾水直接抽水啟動機組技術供水。

3.3 方式功能優化

通過程序與反沖洗結構優化后在一定程度提高了機組技術供水可靠性，但經濟性無法得到本質改變，技術供水對廠用電率影響依然存在，水泵后期維護成本高。結合萬家口子水電站大壩特點，凈水頭在115-150 m間，總庫容2.793億m3，為不完全年調節，經過庫區沉淀，水質完全可以滿足技術供水要求，凈水頭高度也滿足采用自流減壓方式引取。

將兩臺機組進水蝶閥旁通閥后旁通管上分別引接兩路取水管至備用技術供水取水主環管，將備用3臺離心泵取消，在每臺濾水器后增加減壓閥，將濾水器排污管接至原備用技術供水取水管口直接排至尾水，改造完成后水泵將全部退出運行，原主用閉式循環作為機組技術供水備用，原備用尾水水泵供水改造成自流減壓后為機組技術供水主用。萬家口子水電站位于云南與貴州交界部位，取水口高程為EL1400 m-EL1406 m,大壩正常蓄水位在EL1415 m-EL1450 m高層，庫水溫度晝夜溫差不大（3度以內），夏天與冬天溫差在15度以內，水溫變化不大，壓力變換較為頻繁，濾水器進出管口采用剛性結構。見圖4。

圖4 技術供水管路改造前后對比圖

采用自流減壓方式后，應考慮反沖洗結構優化的同步改造，通過正方向供水方式將機組冷卻器管路中淤積的泥沙更有效排出至尾水。自流減壓方式較水泵抽水方式更加經濟，設備運行成本及后期維護成本都有大幅度提高，從根本上解決了原閉式循環供水尾水熱交換器不便檢修問題；缺點在于對技術供水主管路、減壓閥、濾水器要求更高，在安裝完成后必須按照額定壓力1.5倍水壓進行試驗，確保其安全性，出現漏水后應立即關閉相關閥門，防止水淹廠房事故發生。

4 結束語

本文對水電站機組技術供水現況進行分析，從程序上、結構上、經濟上對技術供水改造進行探討，首先是提出改造設計思路，其次依據現場設備實際情況，確定管路路徑及改造可行性，最后確定具體實施改造方案。方案應充分考慮經濟性，最大化的降低改造成本，這里就需要盡可能利用原有的設備，但特別注意邊界條件是否發生變化，將尾水取水水泵技術供水方式改造成自流減壓式，考慮到取水壓力等級變化，原濾水器、管路及管路閥門是否能滿足改造要求。通過對設計方案會審，在設備采購招標文件編制階段就提出最優的設計方案，這樣不管是后期運行維護，還是設備安全運行都有非常重要的意義。