清遠抽水蓄能電站技術供水系統設計

宋承祥

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清遠抽水蓄能電站技術供水系統設計

宋承祥

（東芝水電設備(杭州)有限公司，杭州 310020）

清遠抽水蓄能電站技術供水系統采用水泵加壓供水和自流供水，系統組成中除了水源之外，還有管路、供水設備、水過濾設備及控制器件，作為電站機電設備的冷卻、潤滑用水，要確保供水設備輸出的水的各項指標合格，包括水壓，水質，流量等，在使用過程中，都要保證各項參數達到設備用水的標準要求。對相關問題進行分析、改進和總結，并提出該系統應予關注的問題，可供設計、調試和運行人員參考。

抽水蓄能電站；技術供水系統；管路；水壓；流量

0 前言

清遠抽水蓄能電站位于廣東省清遠市太平鎮，裝機4×320MW可逆式機組，額定轉速428.6r/min，水輪機工況時比轉速111.9m·kW，設計水頭470m，最大水頭502.73m，最小水頭440.39m；水泵工況時最大揚程509.08m，最小揚程450.72m。抽水蓄能電站機組運行的可靠性直接關系到電站及電網系統的安全。鑒于清遠抽水蓄能電站機組對技術供水系統的運行可靠性要求，提高電站的運行安全系數，設計時考慮供水方案采用水泵加壓供水和自流供水相結合方案，增強了系統運行的穩定性。

1 技術供水系統概述

技術供水又稱生產供水，其主要作用是對水電站運行設備進行冷卻、潤滑及水壓操作（如電站用的球閥操作）等。清蓄電站技術供水系統的供水主要包括：

（1）發電電動機的上導軸承、推力軸承、下導軸承和空冷器的冷卻用水；

（2）水泵水輪機水導軸承、水泵水輪機上/下止漏環、主軸密封的冷卻用水；

（3）調速器和主變的冷卻用水；

（4）空壓機、SFC油變室及設備室空調設備的冷卻用水；

（5）通風空調系統的冷卻用水；

（6）全廠消防、生活用水、電站內水噴霧系統用水。

清蓄電站技術供水主要采用三支路供水方式，分別說明如下：

（1）第一支路為機組供水系統，采用水泵加壓技術供水系統，從每個尾水管取水，經主泵加壓、濾水器過濾，然后供水至機組各冷卻器等用水設備，該支路也為主變負載時提供冷卻用水，用后的水再排到尾水閘門的內側尾水管中。

（2）第二支路為電站輔助設備供水系統，采用自流供水方式，供水對象是主變壓器空載用水、4臺空壓機、SFC油變室及設備室空調設備冷卻水、通風空調系統的冷卻用水和全廠消防、生活用水、電站內水噴霧系統用水等。自流技術供水系統主要考慮從2號、3號機組的尾水閘門外側取水和廠房下庫高處的洞外生活小水庫取水，經濾水器過濾后供水至上述的各用水設備，經設備使用后排水到集水廊道。其中的通風空調系統的冷卻水（設備內部設有水泵裝置）使用后排到1號機組的尾水閘門外側。

（3）第三支路為進水球閥操作供水系統，也為自流供水方式，主要考慮從壓力鋼管取水，通過高壓泥砂旋流器、過濾器、控制閥和配壓閥，供水對象是主進水球閥接力器的水壓開關球閥操作和球閥上、下游密封的投入鎖錠和退出。

對于電站技術供水系統的設計在確保電站機組穩定運行的同時，還要操作簡單，運行便利，維護方便或免維護，充分符合經濟合理性，在電站低成本投入的同時還要降低運行成本，做到設備布置合理。

2 技術供水系統設計

清蓄電站技術供水系統是根據各用水設備的具體使用工況條件進行設計的，電站技術用水設備和部件主要有各軸承循環油冷卻器、主軸密封、空氣冷卻器、轉輪上/下止漏環冷卻、主變負載冷卻等。機組技術供水系統主要用水設備的供水流量參數：發電電動機上導油冷卻器60m3/h，發電電動機推力油冷卻器270m3/h，發電電動機空氣冷卻器780m3/h，變壓器冷卻器（負載）130m3/h等，每臺機組設計供水流量1350m3/h。全廠公用供水系統主要用水設備的供水流量參數：主變壓器冷卻器（空載）45m3/h，廠房生活用水、消防栓用水400m3/h，廠房通風空調系統冷卻器300m3/h，空氣壓縮機冷卻系統（4臺）60m3/h等，全廠公用設備供水系統設計總供水流量860m3/h。

2.1 第一支路水泵加壓供水系統設計

第一支路水泵加壓供水系統，即機組供水系統，是按每臺機均設置一個單元循環技術供水系統進行設計，如圖1所示。

電站四臺機共四個相同的單元循環技術供水系統，每個單元循環技術供水系統，采用2臺主供水泵集中供水方式，一臺主用一臺備用。供水及排水管路設計為：從機組本臺機尾水管肘管處取水，主供水泵加壓后，經主供水過濾器，從主供水過濾器的出水管流入主供水總管，再通過控制閥門，供給機組各支管供水系統。

1-主供水泵；2-過濾器；3-水導軸承油冷卻器；4-調速器油壓裝置冷卻器；5-推力軸承油冷卻器；6-主變壓器冷卻器負載供水；7-主軸密封供水過濾器；8-轉輪密封供水過濾器

主供水泵根據機組運行的可靠性和安全性來考慮，額定流量選取按各用水設備的流量總和適當加大選用，主供水泵的控制方式上按一主用一備用模式，每一臺主供水泵都可以直接向設備供水。具體而言，在開機前，就要先啟動一臺主供水泵，可以檢測到水泵是否有故障，如果水泵持續低壓，就會出現報警信號，自動啟動另一泵機組進入到運行狀態。各支管供水系統設計如下：

2.1.1 各軸承循環油冷卻器供水、空氣冷卻器供水、主變負載冷卻供水系統設計

經第一支路單元循環技術供水系統供水總管，通過控制閥門，流經上導軸承循環油冷卻器（內置）、下導/推力軸承循環油冷卻器（外置）、發電機空氣冷卻器、水導軸承循環油冷卻器（外置），并為主變負載時提供冷卻用水，設備用水后，技術供水回流到本臺機尾水管的尾閘水輪機側的流道中。

管路設計中，考慮為方便用水設備以后檢修和維護，在各用水設備的前后端均加裝閥門，為防止水流干擾，在用水設備后端排水側加裝止回閥，為方便檢修和維護同時增加設置一個截止閥，管路上配置一只流量開關監測用水設備的供用水流量，在進出水管路上裝設溫度傳感器，方便中控的監測和控制。

2.1.2 主軸密封供水系統設計

主軸密封供水直接從單元循環技術供水系統供水管上取水設計，采用第二級過濾，通過2臺高精度濾水器集中供水方式，一臺主用一臺備用。主軸密封供水管路設計中，也在精密濾水器的前后端均加裝閘閥，為增加可靠性，在前端設置雙閥門型式，為防止水泵水輪機中的水流倒流干擾，在供水管后端加裝有止回閥，為方便檢修和維護同時設置一個截止閥，管路上配置一只電磁流量計監測主軸密封的供用水流量，方便中控的監測和控制。

2.1.3 轉輪上/下止漏環冷卻供水系統設計

轉輪上/下止漏環冷卻供水直接從單元循環技術供水系統供水管上取水設計，采用第二級過濾，通過1臺高精度濾水器供水方式。轉輪上/下止漏環冷卻供水管路設計中，也在濾水器的前后端均加裝閘閥，為增加可靠性，在濾水器處設備旁通閥，便于遠程自動控制管路上設置一個液壓自動閥，管路上配置一只電磁流量計監測用上/下止漏環冷卻的供水流量，方便遠程中控的監測和控制。

2.2 第二支路自流技術供水系統設計

第二支路自流技術供水系統，即電站輔助設備供水系統，如圖2所示，該系統從兩路水源取水。第一路水源從機組2號或3號尾水閘門外側取水，也可從2號和3號尾水閘門外側同時取水，第二路水源是從下庫邊上的洞外生活小水庫取水。

1-濾水器；2-SFC室冷卻器；3-空壓機冷卻器；4-通風空調冷卻器；5-1號主變冷卻器；6-洞外生活水水庫

通過2臺中精度濾水器集中供水方式，一臺主用一臺備用。自流技術供水管路設計中，也在中精度濾水器的前后端均加裝閘閥，為增加可靠性，在前端取水口處增設硬密封球閥和閘閥，為防止主變誤操作時的技術供水倒流，中精度濾水器后端加裝止回閥。

自流技術供水系統的用水設備主要是1號～4號主變壓器空載用水、1號～4號空壓機、SFC變壓室（1室和2室）、SFC室ACU（2F）及設備室空調設備冷卻水、通風空調系統的冷卻用水和全廠消防、生活用水系統、電站內水噴霧系統用水等。各用水設備使用后的水直接排到集水廊道。其中的通風空調系統的冷卻水（設備內部設有水泵裝置）使用后排到1號尾水閘門外側。

2.3 第三支路自流技術供水系統設計

第三支路自流技術供水系統，即進水球閥操作供水系統，如圖3所示，分別從各臺機組的主進水球閥前端壓力鋼管中部取水，通過高壓泥砂旋流器、2臺過濾器（一臺主用一臺備用）、控制閥和配壓閥，供水對象是主進水球閥接力器和球閥上下游密封的投入鎖錠和退出。功能是水操作接力器利用壓力水操作開/關球閥，球閥上/下游密封利用壓力水操作投入和退出密封狀態。通過接力器和上/下游密封的使用后的水，直接排水到集水廊道。

1-高壓泥砂旋流器；2-過濾器

從圖3中可見，該供水系統也設置了一套調試水源接口接試壓泵或下游尾水備用水源接口，供進水球閥在調試狀態下操作接力器動作試驗使用。

3 技術供水系統調試

技術供水系統的調試分為設備無水調試和系統有水調試。

設備無水調試前，各設備安裝就位并初步安裝完畢，調試人員和安裝輔助人員就位，與業主總調度申請，得到許可后可進行設備的無水調試試驗。進行各系統設備的無水試驗，手動閥的開關試驗，電動閥的啟閉試驗，液壓自動閥的現地手動啟閉試驗及開關時間的試驗，液壓自動閥的遠程自動控制啟閉試驗和開關時間的試驗及開關時間的試驗，主泵空載盤車試驗及點動試驗，濾水器的無水模擬試驗，管路的沖洗等。

系統有水調試前，管路及設備先作充水試驗，作無壓充水和密封性試驗，充水合格后進行技術供水系統管路、閥門及設備有水調試，調節流量和水壓使之滿足設計參數要求；自動控制系統進行地下廠房外的遠程操控試驗及啟停流程的驗證試驗。

3.1 技術供水系統設備的無水調試

下面分別對技術供水設備中的手動閥、電動閥、液壓自動閥、主泵、全自動濾水器等進行無水動作試驗的要點進行說明。

（1）手動閥無水動作試驗

手動閥無水動作試驗時操作各閥門和手柄或手輪，緩慢勻速開啟和關閉閥門，開關動作過程中應平滑無卡阻現象。

（2）電動閥無水動作試驗

先手動操作電動閥門的手輪，應能均勻用力緩慢開啟和關閉；現場加接臨時電源，電動開關操作開啟和關閉閥門，動作過程中應平穩無卡澀現象，能自動停止，并記錄電動閥的啟閉時間；確保電控柜內接線無誤后，聯接電動閥接線，在控制柜上電后，將控制模式調到“現地/手動”，現地操作開啟和關閉閥門，動作過程中應平穩無卡澀現象；再將控制模式調到“中控/自動”，遠程操作開啟和關閉閥門，開啟和關閉動作應準確，無異常。

（3）液壓自動閥無水動作試驗

液壓自動閥的現地手動啟閉試驗及開關時間的試驗，由于是液壓操作，操作油源是從調速器系統上接入，按圖找到對應的液壓電磁閥，試驗時需多人配合，在調速器處采用工具手動按壓液壓電磁閥，操作開啟和關閉液壓閥，動作過程中應平穩無卡澀現象，記錄液壓閥的啟閉時間。液壓自動閥的遠程自動控制啟閉試驗和開關時間的試驗，通過調速器手動或自動操作開啟和關閉，液壓閥開啟和關閉動作應準確，無異常。

（4）主泵無水動作試驗

開啟主泵前先手動空載盤車，確認安裝無誤，機組軸線正確，確認主泵的一次接線和二次接線正確，測量主泵電機的對地絕緣是否達到參數要求，檢查完畢后，主泵控制柜上電，將控制模式調到“現地/手動”，現地操作點動開啟，檢查泵軸的轉向是否正確及水泵啟/停中有無異響，管路系統中未充水，主泵不宜長時間運行。再將控制模式調到“中控/自動”，遠程操作開啟和停機主泵，開啟和停機動作應準確，無異常。

（5）全自動濾水器無水動作試驗

全自動濾水器的無水模擬動作試驗，確認安裝無誤，確認濾水器的一次接線和二次接線正確，測量濾水器電機的對地絕緣是否達到參數要求，檢查完畢后，濾水器控制柜上電，將控制模式調到“現地/手動”，檢查濾水器的排污閥是否在全關位置及全關位置信號是否正確。進行手動清洗試驗，按清洗按鈕，檢查濾水器清洗電機的轉動方向是否正確，排污閥是否能均勻開啟，無卡阻現象，排污閥全開后控制屏上能顯示全開信號，清洗過程中需檢查濾水器旋轉部件動作是否平穩和有無卡阻現象。然后再將控制模式調到“現地/自動”，在差壓表處模擬差壓開關動作發信號，濾水器應能夠自動進行反沖洗動作，并按設計參數要求設置沖洗時間及差壓參數。

3.2 技術供水系統管路及設備充水及密封性試驗

技術供水系統管路及設備單體調試運轉合格后，采用開啟自流供水管路上閥門對管路系統進行充水，檢查系統各部件無異常，連接法蘭無漏水，緩慢調節出口的調節閥，將技術供水系統管路及設備的水壓升至管路設計的額定壓力，檢查系統各部件無異常，連接法蘭無漏水，并保壓30min。關閉自流供水管路上閥門，使用加壓泵對管路系統進行升壓到1.25倍的額定壓力，進行管路系統密封性試驗，并按國標相關規定進行保壓，系統各部件無異常和無漏水現象。

3.3 技術供水系統設備有水調試

在電站技術供水設備進行無水試驗、供水管路及設備進行充水及密封性試驗后，將進行供水設備的有水調試試驗。下面對技術供水系統設備中的電動閥、主泵、全自動濾水器等進行有水試驗的要點進行說明。

（1）電動閥有水試驗

將電動閥控制模式調到“現地/手動”，現地操作開啟和關閉閥門，動作過程中應平穩無卡澀現象；再將控制模式調到“中控/自動”，遠程操作開啟和關閉閥門，開啟和關閉動作應準確，無異常，閥門全開時管路流量應為最大，閥門全關時應能可靠切斷管路中的水流，電動閥開啟和關閉時間及閥門滲漏量滿足設計要求。

（2）主泵有水試驗

開啟主泵前先將控制模式調到“現地/手動”，現地操作開啟，管路系統中已充水，主泵可以長時間持續運行，檢查主泵出口壓力值是否符合要求，檢測水泵運行時電機的電流、電壓、溫升等數值是否正常，栓查泵體及法蘭接頭處有無滲漏。模擬主用水泵異常、電機掉電、缺相、熱過載、短路等報警信號時，控制柜是否能發出報警信號并能及時切換到備用水泵運行。再將控制模式調到“中控/自動”，遠程操作開啟和停機主泵，開啟和停機動作應準確，無異常。

（3）全自動濾水器有水動作試驗

將全自動濾水器控制模式調到“現地/手動”，手動進行濾水器幾種模式的清洗方式，濾水器應能夠自動進行反沖洗動作，檢查濾水器有無滲漏。

4 結語

清遠抽水蓄能電站的技術供水系統采用了合理的優化設計方案，運行性能可靠，解決了技術供水系統可能存在的問題和風險。設計時對技術供水系統進行了充分的考慮，采用水泵加壓供水和自流供水相結合方案，提高了電站的運行安全系數，不但能滿足蓄能機組所要求的各種工況運行要求，而且還提高了機組的開機成功率，達到了蓄能電站對自動化程度的更高要求，增強了蓄能電站系統運行的穩定性。

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The Design of Technical Water Supply System of QingYuan Pumped Storage Power Station

SONG Chengxiang

(Toshiba Hydro Power(Hangzhou)Co., Ltd., Hangzhou 310020, China)

In this paper, the author takes advantage of the technical water supply system of power plant using the pump pressurized water and Self flow water supply of Qingyuan pumped storage power station, In system, Including water, the pipe, and water supply equipment, water filtration equipment and control devices, the electrical and mechanical equipment as power station cooling and lubricating water indicators to ensure water supply equipment output water qualified, including water pressure, water quality, flow, etc., in use, to ensure the requirements of the parameters meet the water standard equipment. To analyze, improve and summarize the related problems, and put forward that the system should pay attention to the problem, which can be used for design, debugging and operation.

pumped storage power station; technical water supply system; pipeline; water pressure; flow rate

TK734

A

1000-3983(2018)02-0068-05

2017-04-06

宋承祥（1969-），1994年畢業于四川工業大學（現西華大學）流體機械與流體動力工程專業，一直從事水輪機設計工作，現任東芝水電設備（杭州）有限公司水機部參事，碩士研究生，高級工程師。