奎屯河三級(jí)水電站機(jī)組循環(huán)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安 剛

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 電站基本情況

1.1 電站概述

奎屯河三級(jí)水電站是奎屯河流域梯級(jí)開發(fā)的第三級(jí)電站，北距奎屯市約35 km，西距烏蘇市約28 km。電站為徑流式電站，采用引水式開發(fā)，地面廠房。工程開發(fā)任務(wù)是水力發(fā)電，承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰任務(wù)。工程主要有取水口、引水暗渠、沉沙池、隧洞、前池、壓力管道、發(fā)電廠房、升壓站、尾水渠等建筑物組成。

電站裝設(shè)4臺(tái)（2臺(tái)×21.5 MW+2臺(tái)×10 MW）混流式水輪發(fā)電機(jī)組，水頭范圍為143.6～149.14 m，總裝機(jī)容量為63 MW，枯水期平均出力為5.4 MW，多年平均年發(fā)電量為2.067億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為3 281 h。

1.2 機(jī)組主要參數(shù)（見表1）

表1 機(jī)組主要參數(shù)

1.3 氣象

年平均氣溫： 8℃

極端最高氣溫： 40.7℃

極端最低氣溫： -33.7℃

多年平均水溫： 6℃

歷年最高水溫： 20℃

歷年最低水溫： 0℃

1.4 泥沙特性

根據(jù)河道1959年～1987年29年實(shí)測(cè)泥沙資料分析，計(jì)算懸移質(zhì)年均含沙量0.98 kg/m3，多年平均輸沙量77.62萬t。其汛期平均含沙量1.54 kg/m3。見表 2、表 3。

表2 天然河道多年平均輸沙量統(tǒng)計(jì)表

表3 天然河道懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配表

2 機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)組技術(shù)供水方式的確定

根據(jù)《水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（DL/5066-2010）第4.1.8節(jié)，水頭（壓）在60～180 m時(shí)，宜采用自流減壓方式。本電站天然河道汛期泥沙含量較高，泥沙對(duì)機(jī)組各部冷卻器會(huì)產(chǎn)生磨損和堵塞，故無法完全采用自流減壓方式。且自流減壓供水相對(duì)水泵供水年減少發(fā)電量約50萬kW·h。經(jīng)綜合分析，電站技術(shù)供水方式采用循環(huán)供水和自流減壓混合供水。汛期采用循環(huán)供水，非汛期采用循環(huán)供水為主，自流減壓為輔。

2.2 循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)

機(jī)組循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)包括：水輪發(fā)電機(jī)組各部冷卻器（上導(dǎo)推力、下導(dǎo)、水導(dǎo)、空冷）、循環(huán)水池、循環(huán)水泵、循環(huán)冷卻器、循環(huán)水管路、控制閥門及監(jiān)控表計(jì)等組成。

（1）循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

根據(jù)主機(jī)廠提供的機(jī)組用水量參數(shù)，考慮循環(huán)水的損失和蒸發(fā)量，單臺(tái)循環(huán)冷卻器設(shè)計(jì)流量大機(jī)200 m3/s（小機(jī)150 m3/s）；機(jī)組各冷卻器進(jìn)水溫度按25℃設(shè)計(jì)；循環(huán)冷卻器設(shè)計(jì)壓力1.0 MPa，試驗(yàn)壓力1.5 MPa；機(jī)組冷卻水進(jìn)口壓力0.2～0.5 MPa；循環(huán)冷卻器水頭損失8 m；循環(huán)冷卻器本體材料采用304不銹鋼；循環(huán)冷卻器進(jìn)出口管徑大機(jī)DN200（小機(jī)DN150m）。

（2）循環(huán)水池有效容積計(jì)算

根據(jù)4臺(tái)機(jī)組布置方式，循環(huán)水池設(shè)置在主廠房下游尾水平臺(tái)下部，設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)水池（1臺(tái)大機(jī)和1臺(tái)小機(jī)共用一個(gè)水池），循環(huán)水池長(zhǎng)5.5 m×寬6.25 m×高4.25 m。循環(huán)水池有效容積為補(bǔ)水水位至正常水位之間的容積，一般大于機(jī)組各部冷卻水總用量的20%。循環(huán)水池設(shè)置補(bǔ)水、正常、報(bào)警3個(gè)節(jié)點(diǎn)控制，并配置補(bǔ)水管、溢流管、排空管、通風(fēng)孔、液位信號(hào)和水溫測(cè)量裝置。

（3）循環(huán)水泵的選擇

為了增加循環(huán)供水的可靠性，采用單元供水方式，每臺(tái)機(jī)對(duì)應(yīng)2臺(tái)循環(huán)水泵（一用一備，相互切換），水泵采用長(zhǎng)軸深井泵。21.5 MW機(jī)組循環(huán)水泵參數(shù)Q=220 m3/h,H=54 m,N=45 kW；10 MW機(jī)組循環(huán)水泵參數(shù)Q=160 m3/h,H=57.5 m,N=37 kW，水泵參數(shù)滿足循環(huán)冷卻器流量和壓力的要求。

（4）設(shè)備布置

根據(jù)廠房水工的布置情況，循環(huán)水泵布置在主廠房下游尾水平臺(tái)下部水泵室。循環(huán)冷卻器布置在2臺(tái)機(jī)尾水管出口之間尾水閘墩突出的混凝土板上，混凝土板上預(yù)留鋼板，用以固定循環(huán)冷卻器基礎(chǔ)。為防止電站全部機(jī)組在冬季停機(jī)狀況下尾水表面結(jié)冰，造成循環(huán)冷卻器凍裂，循環(huán)冷卻器頂部應(yīng)低于尾水反坡頂部底板1 m以下，循環(huán)冷卻器進(jìn)出管口布置在本體左右兩側(cè)。

為避免泥沙對(duì)循環(huán)冷卻器散熱的影響，冷卻器散熱管設(shè)計(jì)為豎排式，同時(shí)考慮由于泥沙附著的影響，將冷卻器散熱量計(jì)算中熱阻系數(shù)加大。循環(huán)冷卻器所有可拆卸的聯(lián)接件及基礎(chǔ)螺栓均采用不銹鋼加工制造。

3 運(yùn)行中注意的事項(xiàng)

3.1 循環(huán)水池維護(hù)

循環(huán)水池首次充水時(shí)，必須清除建筑垃圾，并進(jìn)行清洗，保證循環(huán)水的水質(zhì)。運(yùn)行一定時(shí)間，循環(huán)水池會(huì)產(chǎn)生泥沙、水生物、水質(zhì)發(fā)臭等現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)水池定期進(jìn)行排空清洗。

3.2 與自流減壓系統(tǒng)的切換

當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)故障檢修和定期維護(hù)時(shí)，為保證機(jī)組正常發(fā)電運(yùn)行，機(jī)組技術(shù)供水由循環(huán)系統(tǒng)切換至自流減壓系統(tǒng)。運(yùn)行和檢修規(guī)程中應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定機(jī)組技術(shù)供排水管路閥門的切換操作，并懸掛“禁止操作”的標(biāo)示牌，防止循環(huán)水池出現(xiàn)淹沒事故。

3.3 循環(huán)冷卻器放空

當(dāng)循環(huán)冷卻器需要放空時(shí)，關(guān)閉循環(huán)冷卻器進(jìn)出口閥門，打開防冰運(yùn)行管上的閥門，通過接電站壓縮空氣管道向系統(tǒng)內(nèi)通壓縮空氣，把循環(huán)冷卻器中的循環(huán)水壓到循環(huán)水池中，排空循環(huán)冷卻器。

3.4 補(bǔ)水水源及水質(zhì)要求

循環(huán)水補(bǔ)水取自河道邊的地下滲漏井井水，定期對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，保證PH值控制在6.5～8.5范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著奎屯河三級(jí)水電站投入運(yùn)行以來，從實(shí)際運(yùn)行效果來看，循環(huán)供水技術(shù)解決了多泥沙對(duì)機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的影響，提高了電站的發(fā)電量，保證了電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，為今后國(guó)內(nèi)外同類型水電站設(shè)計(jì)提供了一定的借鑒參考。

[1]陶建民.黃河多泥沙水電站技術(shù)供水防於設(shè)計(jì)[J].西北水電，2008（3）：40-44.

[2]任海紅.土卡河水電站技術(shù)供水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)[J].云南水力發(fā)電，2006，22（6）：66-68.

[3]張秉成.閉式循環(huán)冷卻器在小峽水電站技術(shù)供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].青海水力發(fā)電，2006（1）：67-68.

[4]孫詩(shī)杰，胡平.循環(huán)冷卻技術(shù)供水在金華水電站的應(yīng)用[J].四川水力發(fā)電，2000，19（1）：54-56.