抽水蓄能電站地下廠房水冷空調系統改造

全風云，唐 健，胡志平，張才軍

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司運維檢修部，湖北省羅田縣 438600）

抽水蓄能電站地下廠房水冷空調系統改造

全風云，唐 健，胡志平，張才軍

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司運維檢修部，湖北省羅田縣 438600）

通過對某抽水蓄能電站地下廠房水冷空調系統的研究，利用現有設備，對地下廠房水冷空調系統進行了改造，并通過熱量計算，驗證了改造的可行性。以某抽水蓄能電站下水庫深層水（水面以下50m水溫常年保持約9℃）替代原由冷水機產生的冷凍水作為地下廠房通風空調系統制冷劑，較好滿足了設計要求及實際需要，不但全面增強了地下廠房通風空調系統運行可靠性，還大幅降低了該系統運行成本。

水冷空調；抽水蓄能電站；溫度；通風空調

0 引言

某抽水蓄能電站裝設4臺300MW單級混流可逆式水泵水輪發電電動機組，年均發電量9.67億kWh，年抽水電量12.89億kWh，屬日調節純抽水蓄能電站。電站以一回500kV輸電線路接入黃岡大吉變電站，在電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相及事故備用等任務。

目前，國內水電站大多采用水冷空調，其工作原理為：以冷凍水為制冷劑，經組合式空氣處理器向廠方區域輸送冷風實現廠房制冷降溫，制冷后的冷凍水經增壓系統回到螺桿泵式冷水機組，由冷卻水進行冷卻處理，重新成為制冷劑循環利用方式[1-2]。自2010年12月27日投入商業運行以來，某抽水蓄能電站地下廠房主空調系統的螺桿泵式冷水機組設計正常運行條件與實際環境偏差較大，致使冷水機組無法正常運行。長期非正常工況運行加速冷水機組老化，導致冷水機組運行工況較差，運行效率較低，機組故障率較高。

本文將對抽水蓄能電站地下廠房通風空調送風方式進行介紹，通過熱力學第一定律和熱量計算公式，計算分析滿足地下廠房空氣溫度變化的條件，探討改造水冷空調系統的方法。

1 通風空調系統概況

通風空調系統主要是為了解決廠房的通風、各個房間的溫度和濕度調節、設備降溫、廢臭氣排除以及消防滅火后的煙氣排除，以保障廠房有良好的工作環境[3-6]。

1.1 通風方式

某抽水蓄能電站采用集結進風和自然進風方式，由進廠交通洞進風，新風分四路，一路經主廠房洞空調室通過送風豎井引至主廠房拱頂，下送至發電電動機機層，經母線層、水泵水輪機層、母線洞重復使用后經5號支洞排至廠外；一路直接引到主變壓器運輸道，經主變壓器室及電纜層使用后經5號支洞排至廠外；一路直接引到球閥室，使用后排至廠外；另一路直接引到尾水閘門廊道使用后經5號支洞排至廠外。

1.2 通風空調設備及布置

某抽水蓄能電站通風空調設備包括1個主廠房空調系統、10個單獨排風系統、4個廠內輔助通風系統、1個單元式空調系統、2個防排煙系統以及1個廠內除濕系統。其中主廠房空調系統主要負責對主廠房各層進行空氣調節，排風經母線洞重復使用后排出廠外。

主廠房空調室設在高程56.500m主廠房安裝場右端主空調室內。φ250空調冷卻供水管由下水庫經水泵引來，排到72.000m高程排水廊道，3臺冷卻水泵設在安裝場下面水輪機層端頭，空調冷卻供水管路上設濾水器、自動反沖電子水處理儀、緩開快閉止回閥等。由于下水庫最低水位為92.000m，φ32冷凍循環補水管直接從水泵前引水。主空調室內設3臺冷凍水泵，2臺組合式空氣處理機。230000m3/h新風處理后通過風道及風管直接送到主廠房拱頂，通過設在主廠房拱頂的送風口向發電機層送風，送風口管上安裝有防火閥。

1.3 主設備參數介紹

（1）螺桿冷水機組采用上海一冷開利空調設備有限公司30HXC300A，其參數見表1。

表1 螺桿冷水機組30HXC300A參數

（2）組合式空調機組39CBF3438，其參數見表2。

表2 組合式空調機組39CBF3438參數

（3）冷卻及冷凍水泵，其參數見表3。

表3 冷卻及冷凍水泵參數

2 存在的問題

某抽水蓄能電站地下廠房主通風空調系統原設計由螺桿式冷水機組、組合式空氣處理器、冷卻水供水系統、冷凍水增壓系統等構成。主空調系統基本原理為：以冷水機產生的冷凍水為制冷劑，經空氣處理器熱交換處理，向地下廠房輸送冷風，熱交換后的冷凍水再經增壓系統回送冷水機進行冷卻處理，重新成為制冷劑循環利用。

由于該冷水機設計正常運行條件與實際環境偏差較大，冷水機正常啟動要求冷卻水溫高于20℃，而電站實際冷卻水水溫約為9℃，遠低于設計要求，致使冷水機無法正常運行，需要通過人為干預、手動調整冷卻水進水量，啟動冷水機運行制冷。由此，使該系統無法自動正常運行，長期非正常工況運行加速冷水機老化，且運行工況較差，冷水機運行效率較低，故障率較高。為此，對地下廠房通風空調系統進行技術改進尤為必要。

3 改造及應用

3.1 改造思路

地下廠房通風空調系統制冷劑經空氣處理器熱交換后，需回送冷水機由冷卻水進行冷卻，冷卻水取自電站下水庫深層，常年恒溫約9℃。而經冷水機處理后的制冷劑水溫約為7℃，兩者溫度基本接近。根據熱力學能量守恒定律可知：空氣溫度下降釋放的能量等于冷卻水吸收的能量[7]。

由熱能計算公式可知：

式中Q——能量；

C——比熱容；

M——質量；

?t——溫度差。

新風的能量計算公式：

其中把空氣視為理想氣體時，空氣比熱容為1.4×103J，空氣密度為1.29kg/m3，處理新風量為230000m3/h。

冷卻水的能量計算公式：

其中水的比熱容為4.2×103J，水的密度為1.0×103kg/m3，水的流量為 190m3/h。

根據能量守恒定律可知：

計算得出 ?t空氣≈2?t水

通過計算可知溫度在9℃的冷卻水與7℃的冷凍水溫度相差僅2℃，在能量上完全滿足某抽水蓄能電站地下廠房空氣溫度處理能力。并且電站冷卻水和冷凍水在水質上經專業檢驗完全滿足水冷空調水質的要求，所以可以考慮直接將下水庫深層水作為制冷劑接入空氣處理器，實現對全廠區域的制冷調節，并將熱交換處理完畢后的制冷劑直接排出廠房。這樣就可取消原設計冷凍水環節，冷水機無需運行，原設計通風空調水系統示意圖見圖1。

圖1 原設計示意圖

3.2 改造實施

（1）管路改造。

連接通風空調系統冷卻水進水總管與冷水機組冷凍水供水總管，以取自下水庫深層的恒溫冷卻水直接作為制冷劑制冷（替代原設計由冷水機產生的冷凍水制冷）；連接冷凍水回水總管與冷卻水排水總管，以將熱交換后的制冷劑直接排出廠房，并在新增的連接管中間安裝一只手動蝶閥，以在特殊情況下通過關閉該閥門恢復原設計功能。

（2）加裝水過濾器。

在冷卻水進水總管前段安裝一臺濾水器（精度0.8mm，壓損＜0.03 MPa），用于保證冷卻水水質要求。

（3）改造后通風空調水系統示意圖見圖2。

(4）運行模式切換。

圖2 改造后示意圖（紅色部分為改造新增設備）

改造后，見圖2，關閉黃色框左邊所有閥門（冷水機停止運行），打開黃色框內兩個新增閥門，按新流程執行。

特殊情況下，如需恢復原設計運行模式，可關閉黃色框內新增閥門，再開啟相關閥門按原冷水機組啟停流程執行。

4 改造效果

某抽水蓄能電站地下廠房通風空調系統改造后，經過近一年時間的運行，廠房各區域制冷情況基本接近改造前效果（詳見表4），環境溫度控制能夠滿足設計及現場要求。

表4 改造前后溫度數據

該項目的成功實施可產生較大的節能減耗效益，電站配置有2臺30HXC300A型螺桿冷水機組，單臺機組額定功率為212kW，若每年按6個月有效運行時間計算，可節約用電：2×212×180×24=1831680 kWh/年，直接經濟效益每年可節約電費120萬元。

對于同類抽水蓄能電站（冷卻水溫10℃±2℃），若在設計階段即進行優化，可節約設備采購投入約120萬元（按2臺配置設計，某抽水蓄能電站冷水機2007年采購單價約60萬元）。

5 結束語

抽水蓄能電站多為地下式廠房結構，通風空調系統是地下式廠房調節環境必不可少的系統，其發展也在不斷推進，通過水冷空調系統的改造，抽水蓄能電站地下廠房通風空調系統不僅取得經濟上的效益，同時可以為已投運的電站提供改造的思路，也可為后續項目優化設計提供借鑒，節約建設投資，減少運行期間電能消耗，減小安裝及后續運維的工作量。

[1] 朱西華，潘公瑾.冰漿蓄冷應用于水冷空調機組冷卻水系統技術經濟分析［J］.制冷，2007，26（3）：69-71.

[2] 蘇宇貴，鮑士雄.一種新型高效、節能水冷空調機組的工程應用［J］. 制冷，1998，70-72.

[3] 全風云，王坤杰.降低抽水蓄能電站綜合廠用電量的方法探討//中國水力發電工程學會電網調峰與抽水蓄能專業委員會.抽水蓄能電站工程建設文集2013.北京：中國電力出版社，2013.

[4] 李輝.十三陵地下水電站交通洞通風換熱效果實測及理論分析［D］.西安：西安建筑科技大學，2009.

[5] 劉廣恩.溪洛渡水電站空調系統節能性分析［J］.水利水電技術，2013.

[6] 杜釗，李初輝.淺析向家壩水電站通風空調控制系統［J］.水電站機電技術，2012.

全風云（1982—），男，碩士，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站運維管理。E-mail：qfy.116@163.com.cn

唐 健（1962—），男，教授級高級工程師,主要研究方向:抽水蓄能電站管理。

胡志平（1978—），男，工程師，主要研究方向:抽水蓄能電站運維管理。

張才軍（1968—），男，工程師，主要研究方向:抽水蓄能電站運維管理。

The Transformation of Water-cooled Airconditioning System in Pumped-storage Power Plant Underground Powerhouse

QUAN Fengyun, TANG Jian , HU Zhiping, ZHANG Caijun
(Hubei Bailianhe Pumped Storage Power Co.,Ltd.,Luotian 438600,China)

Through the study of a pumped-storage power station underground powerhouse water-cooled air-conditioning system,underground powerhouse water-cooled air-conditioning system has been modified by use of existing equipment. And by calorie counting,the feasibility transformation has been verified.The pumped-storage reservoir deep water (water temperatures at 50m below surface always keeps about 9℃)replaces chilled,better meeting the design requirements and actual needs, which not only fully enhances the underground powerhouse ventilation and air conditioning system reliability,but also signi fi cantly reduces the operating costs of the system.

Water-cooled air-conditioning system； pumpedstorage power plant；Temperature；Ventilation and air conditioning