JC水電站技術供水系統設計

趙弦?朱亞軍

【摘 要】本文介紹了JC電站的技術供水系統的設計原則和方法，以及對泥沙問題的解決方案，為其他同類型的電站技術供水系統的設計提供參考。

【關鍵詞】自流供水；二次循環供水；尾水冷卻器

1、引言

水電站技術供水系統的主要供水對象是水輪發電機組、水冷式變壓器、水冷式空壓機及其他采用水冷卻的附屬設備。技術供水的主要作用是解決用水設備的冷卻和潤滑。各種用水設備對水量、水壓及水質等都有一定的要求，因此，需結合電站的具體條件進行技術供水系統的設計。

2、基本資料

2.1 工程概況

JC水電站是西藏自治區境內的重點開發工程。本電站總裝機容量為360MW，年發電量17.045億kW.h，具有日調節性能，共裝設3臺單機容量為120MW的軸流轉槳式水輪發電機機組。樞紐布置方案為主河床布置泄洪建筑物，左岸布置河床式地面發電廠房，右岸布置導流明渠，兩岸布置擋水建筑物。

JC水電站的主要開發任務為發電，電能送入西藏中部電網。電站按“無人值班、少人值守”原則設計。按照工程進度計劃，JC電站將于2020年6月底實現第一臺機組并網發電。

2.2 基本參數

2.3 技術供水對象

3、 技術供水系統設計

3.1 供水方案

電站的供水方案的選擇應與水源的選擇統一考慮，一般根據電站電站的的水頭范圍和水質，進行綜合比較后確定。應用較多的技術供水方案有自流供水、自流減壓供水、水泵供水、頂蓋取水、二次循環供水等方式。

本電站機組水頭范圍為26.00m～43.80m，根據《水力發電廠水力機械輔助設備系統設計技術規定》，第3.1.7條“工作水頭為 15m～80m 時，宜采用自流供水方式。”因此，本電站優先考慮自流供水方式作為主供水源。另外，由于本電站汛期泥沙含量大，且輸沙量年內分配不均勻，主要集中在汛期（6～9月），占全年輸沙量的96.9%，其中7、8兩月占全年的75.9%。為避免泥沙磨損及堵塞機組冷卻器，影響機組長期穩定運行，本電站以蝸殼自流供水作為枯期主供水源，二次循環供水方式為汛期主供水源。

目前水電站技術供水系統常用的二次循環供水冷卻器有兩種：一種是尾水冷卻器，另一種是板式熱交換器。兩種循環冷卻器結構設計不同，設備布置及系統設備也差別較大，以下針對這兩種設備進行比較選擇。

3.2 循環冷卻器選擇

（1）尾水冷卻器

其工作原理為： 在循環水池內儲備一定量的經過處理的符合技術供水要求的清潔水，通過布置在水池的循環供水泵抽水至尾水冷卻器中，與河水進行冷熱交換作用后將溫度降低至25 ℃以下，再送至機組各個冷卻器，帶走機組運行產生的熱量，最后排入循環水池中。尾水冷卻器安裝在尾水平臺附近，以尾水與冷卻器內循環水的熱交換來實現循環系統降低水溫，整個系統與外界徹底隔絕，因此可以徹底解決泥沙問題。

二次循環供水循環水池的有效容積，應保證機組至少連續供水10～15min。JC水電站每臺機組設置一個循環水池，其有效容積應為約260m3，滿足運行要求。循環水池布置下游副廠房底層，滿足布置的需要，同時還能減少廠房混凝土澆筑量，節省投資。

優點：二次循環供水系統采用下游尾水作為水源，不需要另外設置取水系統。由于本電站最高水溫為24℃，多年平均水溫為9.6℃，能保證循環供水時與內循環熱水形成溫差，滿足熱交換需要。

缺點：采用尾水冷卻器作為循環供水冷卻器時，冷卻器需淹沒在下游最低尾水位以下，其檢修受尾水水位的影響較大。尾水冷卻器的檢修通常考慮在枯期尾水水位最低時進行，但在特殊情況需檢修且下游尾水位較高時，需潛水人員水下作業。

（2）板式熱交換器

其工作原理為： 每臺水輪發電機組和主變設置一個技術供水單元，每個單元由開式回路和閉式回路兩部分構成。開式回路主要從蝸殼自流取水，經過布置在下游副廠房的板式熱交換器，與流經該熱交換器的閉式循環回路中的熱水進行熱能交換，將閉式回路中冷卻水的熱量帶走。閉式回路為清潔水通過管道增壓泵進入機組和主變的冷卻器，熱出水通過室內板式熱交換器進行熱交換后再回到各冷卻器，形成一個閉合的循環回路。

優點：板式熱交換器布置在廠房內，設備運行維護、拆裝檢修簡單方便。

缺點：板式熱交換機器是通過板片之間的溝槽形成過水流道，通常流道直徑約5～6mm。為了保證熱交換器正常運行，不會因為雜質堵塞流道影響換熱效果或導致水損過大，因此對使用板式熱交換器的水質要求較高。開式循環系統水源取自蝸殼自流供水，但需要另設置一組高精度的濾水器或者水力旋流器，才能滿足板式熱交換器的長期運行要求。另外，由于本電站汛期最低水頭約為26m，經過水損計算，需增加管道增壓泵，才能滿足開式循環系統水壓要求。

（3）選定循環冷卻器

綜上比較，在兩種設備都能滿足電廠穩定運行的情況下，采用尾水冷卻器，將會減少技術供水系統濾水器和水泵的設備配置，減少電廠運行維護工作量，因此二次循環供水系統采用尾水冷卻器作為循環水冷卻器。

3.3 選定供水方案

本電站選定技術供水方案如下：

蝸殼自流單元供水：非汛期河水泥沙含量較小時，優先采用蝸殼自流單元供水；每臺機組設兩個取水口，一個布置在蝸殼，一個布置在壩前死水位以下。

二次循環供水：汛期（6～9月）時優先采用二次循環供水。每臺機組設置一個循環水池，每個水池上方設2臺長軸深井泵，每臺機兩臺泵互為備用。每臺機組設置一組尾水冷卻器，布置在尾水閘墩上。

4、技術供水系統設計要點

4.1 尾水冷卻器改進點

①由于冷卻器長期處于最低尾水位以下，尾水冷卻器的進出水口接口形式和位置，及設備的固定和支撐方式，應設計出便于安裝和拆卸的結構形式。②由于尾水冷卻器長期浸泡在水中，應慮設備材質的防腐、放銹和防止表面因為水草、泥沙、懸浮物的結垢或者其他雜質的附著，影響冷卻效果。③尾水冷卻器長期布置在檢修維護起吊時，應設計合理的起吊結構，以便于運送至尾水平臺，進行檢修。

4.2 主變空載和倒送電工況

主變空載和倒送電工況時，電廠水輪發電機組都處于不發電狀態。本電站主軸密封主供水源為生活水，按照每臺機組20m3/h的流量進行設計，而本電站在主變空載和倒送電工況時，每臺主變冷卻水量不大于20m 3/h。因此主變空載和到送電工況時主變冷卻可采用生活水。結合本電站技術供水系統，在枯期壩前自流取水可作為主變空載和倒送電時主供水源，生活水作為備用水源；在汛期，自流供水水質太差，二次循環供水系統也未單獨設置主變供水泵，則利用生活水作為主變空載和倒送電時供水水源。

結語

JC電站技術供水系統設計采用二次循環水泵供水結合自流供水的方式，解決了汛期泥沙含量高的問題，保證系統穩定、可靠運行的同時，兼顧了系統設備的經濟性，對同類型電站技術供水系統的設計有一定的參考作用。

參考文獻：

[1] 水電站機電設計手冊編寫組. 水電站機電設計手冊-水力機械.水利電力出版社，1983.

[2] 周淼汛，丁麗香等. 苗尾水電站技術供水系統設計.云南水力發電，2017（33）.

作者簡介：趙弦（1983-），男，工程師，主要從事水電站水力機械設計工作。