吐木秀克水電站技術供水系統設計

朱燁華

（新疆水利水電勘測設計研究院 烏魯木齊 830000）

1 前言

吐木秀克水電站位于阿克蘇庫瑪拉克河協和拉渠首下游，為引水式電站。電站裝機容量48MW，裝有2臺HLD267－LJ－203水輪發電機組。電站最大水頭76.4m，加權平均水頭75.8m，最小水頭74.7m。 機 組 額 定 水 頭 75.0m， 額 定 流 量 為35.9m3／s，額定轉速為333.33r／min。

庫瑪拉克河是新疆典型的多泥沙河流。庫瑪拉克河非汛期來水來沙比較小，來水來沙主要集中在5～9月，來沙量占全年的99%，其中7、8月份的強度最大，來沙量占全年的78%；其他月份水流含沙量很小，基本為清水。

電站多年平均含沙量為3.18kg／m3，實測最大含沙量49.3kg／m3多年平均輸沙量為1580萬t，多年平均水量為49.7億m3。

由于吐木秀克水電站汛期河水含沙量高，來沙年內分布極不均勻，對吐木秀克水電站的技術供水系統設計造成了很大的困難。

2 技術供水系統供水對象及其所需水量

水電站機組技術供水系統是水電站重要的輔助系統之一。技術供水系統由水源、管網和量測控制元件組成。技術供水的主要作用是對用水設備進行冷卻和潤滑，任務是經濟合理和安全可靠地保證水電站機組用水設備對水量、水壓、水溫和水質的要求。

根據水輪發電機供貨商提供的數據，機組各用水部位的用水量如下 （單臺機數據）。

主軸密封潤滑水量：1.8m3／h；

水輪機水導軸承冷卻潤滑水 ：6m3／h；

水輪發電機的推力上導軸承冷卻用水：42m3／h；

水輪發電機下導軸承冷卻用水：12m3／h；

水輪發電機空氣冷卻器冷卻用水：186m3／h；

單臺機總用水量為247.8m3／h，2臺機合計用水量為495.6m3／h。

3 技術供水系統對水溫、水質的要求

3.1 技術供水系統對水溫的要求

《水力發電廠水力機械輔助設備系統設計技術規定》（DL／T5066）2.1.3條規定：水輪發電機組的空氣冷卻器和各軸承冷卻器、水冷式變壓器的冷卻器等的進水溫度宜按25℃設計，如超過25℃，應向制造廠提出要求；如長年低于25℃，可按經驗曲線折減冷卻水量［1］。

吐木秀克水電站河水最高水溫為11.4℃，完全滿足規范要求并有折減冷卻水用量的余地。

3.2 技術供水系統對水質的要求

《水力發電廠水力機械輔助設備系統設計技術規定》 （DL／T5066）2.1.3條規定：在冷卻水中，懸浮物顆粒粒徑宜小于0.15mm，粒徑在0.025mm以上的泥沙含量應小于總含沙量的5%，總含沙量宜小于5kg／m3。對多泥沙河流，在采取清除水草、雜物及管路水流換向運行等有效措施后，冷卻器內流速不低于1.5m／s時，允許總含沙量不大于20kg／m3［1］。

吐木秀克水電站的泥沙含量較高且粒徑較小，如采用河水作為機組技術供水水源，必須進行相應處理方可使用。

4 技術供水系統設計

4.1 供水方式初擬

《水力發電廠水力機械輔助設備系統設計技術規定》（DL／T5066）2.1.7條要求如下：水電廠工作水頭為15～80m時，宜采用自流供水方式。2.1.8條要求如下：水電廠工作水頭在70～120m時，宜采用自流減壓或射流泵以及頂蓋取水的供水方式。減壓閥 （裝置）應具有隨著背壓波動而浮動壓力的特性［1］。

按國家有關規范規定及參考國內其他水電站的供水方式，適于本水電站的供水方式有如下三種：自流減壓供水、水泵供水、循環供水。

4.2 供水方式技術可行性比較

4.2.1 自流減壓供水

自流減壓供水是從機組壓力鋼管取水，經減壓閥減壓，濾水器過濾后向機組各用水部位供水。同時，為保證機組供水壓力不至于有較大的壓力波動，還需在自流減壓供水的供水管路中設置泄壓閥。

經初步設計，自流減壓供水需配備的主要設備為濾水器2臺、減壓閥2個、泄壓閥2個，其造價約為50萬元，單臺機每小時損失的電量約為47kW。

吐木秀克水電站由于汛期河水含泥量較高，且上游塔尕克水電站在實際生產運行過程中經常發生濾水器被膠泥堵塞的狀況，如采用自流減壓供水作為汛期主供水水源，則濾水器容易堵塞，需經常拆卸濾水器進行清污，不利于電站的 “無人值班、少人值守”運行。由此可判定吐木秀克水電站不適于采用自流減壓供水作為汛期供水水源，僅可作為非汛期供水水源。

4.2.2 水泵供水

水泵供水是用水泵從某一水源取水，通過水泵加壓后向機組各用水部位供水。

吐木秀克水電站由于河水中含泥沙含量較高，不宜使用尾水作為水泵供水的水源，否則易發生濾水器堵塞的情況，需經常拆卸濾水器進行清污，不利于電站的 “無人值班、少人值守”運行。

為解決水泵供水對水源的水量和水質要求，我院對吐木秀克水電站廠房附近地表水、地下水資源狀況進行了調查。調查結論指出：廠房施工開挖的基坑水，可采水量約為400m3／h，抽水穩定水位約為1245m；不足的供水由以下2個方案解決：①在電站退水渠南側埋置滲水管抽水，采水量約為200m3／h，取水口距電站廠房約250m，抽水穩定水位約為1250m；②在電站退水渠南側施工管井，與相似地區經驗類比 （阿克蘇河流域中－上更新統砂卵礫石含水層）單井出水量約為80m3／h，需施工3眼管井，取水口分別距電站廠房約400m、300m、450m，采水量均約為80m3／h，抽水穩定水位約為1250m～1245m，3眼管井合計采水量約為200m3／h。

由上述調查結論可知，如采取一定的工程措施，可滿足水泵供水的水量及水質要求。其供水水壓由水泵揚程保證。由于吐木秀克水電站推力上導軸承高程約為 （1261.20m），水源的供水穩定水位約為1245.0m，為保證推力軸承供水水壓 （0.2～0.4MPa），水泵揚程應在50m左右為宜。

經初步設計，水泵供水除需建設水源地外，還需配備的主要設備有：水泵3臺 （2用1備），其造價約為100萬元，單臺機每小時損失的電量約為34KW。

由上述分析可知，吐木秀克水電站采用水泵供水在技術上可行。

4.2.3 循環供水

循環供水是從循環水池取水，經尾水循環冷卻器冷卻，通過水泵加壓后向機組各用水部位供水，最后將水引回至循環水池。

經初步設計，循環水池須有110m3容積，選用水泵3臺 （2用1備），同時為每臺水輪發電機組配備一個尾水循環冷卻器，其造價約為84萬元，單臺機每小時損失的電量約為36KW。

由上述分析可知，吐木秀克水電站采用循環供水在技術上可行。

4.3 技術供水方案的選定

由上述4.2.1～4.2.2論述可知，從純技術角度來看，水泵供水及循環供水均可滿足吐木秀克水電站技術供水的要求；但從本電站實際條件來看，水泵供水不如循環供水經濟。至于水泵供水與循環供水共用的供水方式，則由于其系統復雜、可實施程度不高而不建議采用。因此吐木秀克水電站技術供水主水源推薦采用循環供水方式 （汛期投入運行）?？紤]吐木秀克水電站非汛期河水含沙量很小，備用水源采用自流減壓供水 （非汛期投入運行）。

5 實際運行情況

吐木秀克水電站自2009年12月20日投產發電以來，供水系統運行良好，從未發生過因技術供水系統故障而導致停機。

6 結語

本電站由于河水泥沙含量較高，如何保證技術供水水質就成了較為突出的難題。采用循環供水方式作為汛期技術供水主水源，從根源上避免了泥沙進入機組各用水部位而導致故障。

而采用自流減壓供水作為非汛期供水水源，在避免了泥沙進入機組各用水部位的同時有效地降低了廠用電負荷。從電站運行的實際狀況來看，該技術供水方式完全滿足本電站的要求，取得了令人滿意的效果。

1 DL／T5066－1996《水力發電廠水力機械輔助設備系統設計技術規定》