水電站機(jī)組技術(shù)供水改造的探討

錢文華

（大唐宣威水電開發(fā)有限公司，云南 宣威 655405）

0 前言

技術(shù)供水系統(tǒng)對象為發(fā)電機(jī)組各部軸承、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器，是水電站機(jī)組安全穩(wěn)定運行必要條件，冷卻系統(tǒng)不正常時，機(jī)組各部軸承及定子會迅速升溫，最終導(dǎo)致機(jī)組的事故停機(jī)，甚至?xí)龘p軸承導(dǎo)瓦。

萬家口子水電站為引水式電站，大壩為雙曲混凝土拱壩，壩高167.5 m，總庫容2.793億m3，壩后岸邊式廠房，電站共裝機(jī)2臺，單機(jī)容量90 MW，總裝機(jī)容量180 MW，技術(shù)供水采為水泵供水方式。

1 水電站機(jī)組技術(shù)供水現(xiàn)狀

主用閉式循環(huán)供水由循環(huán)水池、循環(huán)水冷卻器、水泵、水池補(bǔ)水電動閥門、循環(huán)冷卻供水電動閥門及控制系統(tǒng)組成，采用深井泵將循環(huán)水池水抽出經(jīng)尾水熱交換器后送至機(jī)組各部軸承及定子空氣冷卻器再排回至循環(huán)水池，循環(huán)使用。

主用閉式循環(huán)供水系統(tǒng)缺點在于：水泵功率較大，供水時對發(fā)電廠廠用電率影響大，對水泵可靠性、穩(wěn)定性要求也非常高；單獨啟動一臺機(jī)組時，還可以利用備用泵進(jìn)行輪換，在啟動兩臺機(jī)組后，水泵輪換邏輯存在一定問題。優(yōu)點在于采用閉式內(nèi)循環(huán)，加裝凈水裝置，水質(zhì)清潔，能最大程度延長技術(shù)供水及機(jī)組冷卻系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命。

備用尾水水泵供水由底閥、進(jìn)水閥、濾水器、排水閥、水泵、電機(jī)及控制系統(tǒng)組成，采用離心泵從尾水抽水經(jīng)濾水器送至機(jī)組各部軸承及定子空氣冷卻器后再通過主管上的三通閥排出至尾水。

備用尾水取水水泵技術(shù)供水口高層為EL1300 m左右，在兩臺機(jī)組全停狀態(tài)尾水水位高層EL1298 m左右，只有在1臺機(jī)組開啟的狀態(tài)尾水取水口水位方能EL1302 m左右，尾水取水口端部安裝底閥，在首次啟動前需要對離心泵取水管進(jìn)行充水。

正常情況下機(jī)組技術(shù)供水為閉式循環(huán)水泵供水方式，當(dāng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，投入尾水取水供水。技術(shù)供水系統(tǒng)見圖1。

圖1 技術(shù)供水系統(tǒng)圖

雖然水電站機(jī)組技術(shù)供水采用主備兩套，從一定程度上保障機(jī)組技術(shù)供水可靠性，但依然存在一些問題：

1）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的冷卻器安裝在尾水水面以下，利用機(jī)組尾水出口水進(jìn)行冷卻，但不利于檢修，當(dāng)尾水冷卻器出現(xiàn)故障后，由于下半部分位于水面以下，檢修時不便進(jìn)行拆卸及安裝；

2）備用技術(shù)供水尾水取水管口安裝高層較高，在兩臺機(jī)組全停時，尾水水位位于取水管口底閥之下，無法直接啟動備用尾水取水技術(shù)供水系統(tǒng)；

3）增大了廠用電率，機(jī)組黑啟動時需要外來電源啟動機(jī)組技術(shù)供水，水泵葉輪運行一段時間經(jīng)氣蝕后，效率會下降，后期每年定檢維護(hù)成本較高。

2 自流減壓技術(shù)供水方式

國內(nèi)其它一些庫容較大的水電站機(jī)組技術(shù)供水采用較多一種便是從蝸殼取水，從每臺機(jī)組快速門（蝶閥）后蝸殼內(nèi)兩處取水，組成環(huán)網(wǎng)通過減壓閥、濾水器、四通閥形成兩進(jìn)一出，互為備用。見下圖2。

自流減壓取水方式對減壓閥及濾水器要求較高，但對電源要求不高，通過手動方式便可以將技術(shù)供水啟動，對廠用電率影響小，而且綜合考慮到正反向沖洗功能，可以有效對各部軸承及定子空冷器沉積的泥沙進(jìn)行沖洗。

自流減壓取水方式對取水點凈水頭、水質(zhì)有一定要求，一般凈水頭在70-120 m間，所引取水源中的泥沙及礦物質(zhì)含量小于5 kg/m3，如果泥沙含量較高必須考慮反沖洗及縮短技術(shù)供水及機(jī)組各部軸承冷卻器檢修周期；自流取水方式，凈水頭在15-70 m間，但由于壓力偏低，通常引水管徑需要加大從而增大流量以提高冷卻效果；凈水頭120 m以上，對減壓閥要求較高。

凈水頭120 m以上時采用自流減壓技術(shù)供水需要注意幾點問題：

1）濾水器進(jìn)出水管連接結(jié)構(gòu)，國內(nèi)水電站通常用的為剛性及柔性兩種結(jié)構(gòu)方式，兩種方式各有優(yōu)缺點，剛性結(jié)構(gòu)能用于恒溫或溫差不大部位，柔性結(jié)構(gòu)用于有溫差部位、有適當(dāng)伸縮量的部位；

2）柔性結(jié)構(gòu)可以補(bǔ)償溫差對管路連接法蘭處間隙影響，緩沖一定的機(jī)組技術(shù)供水充水時管路受到水沖力，采用柔性結(jié)構(gòu)時應(yīng)注意采取措施將柔性兩端連接法蘭處的固定，保證管路軸線水平，以防止徑向水沖力對柔性結(jié)構(gòu)破壞；

2）剛性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較柔性結(jié)構(gòu)更高，但在溫差較大的部位使用時會出現(xiàn)接頭法蘭處出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，時間長后甚至?xí)苈窂?qiáng)度造成一定影響，所以需要考慮環(huán)境晝夜溫差以及夏天兩季與冬天溫差。

圖2 自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)圖

3 水電站機(jī)組技術(shù)供水改造

3.1 控制程序優(yōu)化

PLC控制程序優(yōu)化：1臺機(jī)組啟動時，采用每次啟動前自動與備用泵進(jìn)行輪換；2臺機(jī)組啟動時，采用占先原則，即誰先輪換誰輪的方式，備用泵2#在停止、無故障狀態(tài)方能進(jìn)行輪換，下次啟動時在啟動另一臺。

主用閉式循環(huán)取水與尾水水泵取水供水結(jié)合優(yōu)化：首臺機(jī)組啟動時采用閉式循環(huán)水供水系統(tǒng)，啟動正常后，通過尾水水位計或液位開關(guān)判定尾水水位超過EL1301 m，啟動尾水水泵取水系統(tǒng)作為第二臺機(jī)組技術(shù)供水。兩套技術(shù)供水結(jié)合后可以更有效解決主用閉式循環(huán)供水出現(xiàn)故障后的機(jī)組技術(shù)供水問題。

3.2 反沖洗結(jié)構(gòu)優(yōu)化

萬家口子水電站機(jī)組技術(shù)供水未考慮反沖洗的功能。正常采用主用閉式循環(huán)供水方式時冷卻系統(tǒng)設(shè)備中水質(zhì)清潔，設(shè)備中基本不會有泥沙淤積，但采用備用技術(shù)供水系統(tǒng)是從尾水河道直接抽水，時間長后會有泥沙在供水系統(tǒng)及機(jī)組冷卻系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)沉積。

對技術(shù)供水系統(tǒng)管路進(jìn)行改造。見圖3。

圖3 技術(shù)供水反沖洗管路改造

改造后可以實現(xiàn)定期對機(jī)組各部軸承及定子空氣冷卻器管路進(jìn)行反沖，提高設(shè)備可靠性及穩(wěn)定性。

對備用技術(shù)供水尾水取水口管口進(jìn)行改造，向下延伸3m，以保證兩臺機(jī)組停機(jī)情況下可以由尾水直接抽水啟動機(jī)組技術(shù)供水。

3.3 方式功能優(yōu)化

通過程序與反沖洗結(jié)構(gòu)優(yōu)化后在一定程度提高了機(jī)組技術(shù)供水可靠性，但經(jīng)濟(jì)性無法得到本質(zhì)改變，技術(shù)供水對廠用電率影響依然存在，水泵后期維護(hù)成本高。結(jié)合萬家口子水電站大壩特點，凈水頭在115-150 m間，總庫容2.793億m3，為不完全年調(diào)節(jié)，經(jīng)過庫區(qū)沉淀，水質(zhì)完全可以滿足技術(shù)供水要求，凈水頭高度也滿足采用自流減壓方式引取。

將兩臺機(jī)組進(jìn)水蝶閥旁通閥后旁通管上分別引接兩路取水管至備用技術(shù)供水取水主環(huán)管，將備用3臺離心泵取消，在每臺濾水器后增加減壓閥，將濾水器排污管接至原備用技術(shù)供水取水管口直接排至尾水，改造完成后水泵將全部退出運行，原主用閉式循環(huán)作為機(jī)組技術(shù)供水備用，原備用尾水水泵供水改造成自流減壓后為機(jī)組技術(shù)供水主用。萬家口子水電站位于云南與貴州交界部位，取水口高程為EL1400 m-EL1406 m,大壩正常蓄水位在EL1415 m-EL1450 m高層，庫水溫度晝夜溫差不大（3度以內(nèi)），夏天與冬天溫差在15度以內(nèi)，水溫變化不大，壓力變換較為頻繁，濾水器進(jìn)出管口采用剛性結(jié)構(gòu)。見圖4。

圖4 技術(shù)供水管路改造前后對比圖

采用自流減壓方式后，應(yīng)考慮反沖洗結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同步改造，通過正方向供水方式將機(jī)組冷卻器管路中淤積的泥沙更有效排出至尾水。自流減壓方式較水泵抽水方式更加經(jīng)濟(jì)，設(shè)備運行成本及后期維護(hù)成本都有大幅度提高，從根本上解決了原閉式循環(huán)供水尾水熱交換器不便檢修問題；缺點在于對技術(shù)供水主管路、減壓閥、濾水器要求更高，在安裝完成后必須按照額定壓力1.5倍水壓進(jìn)行試驗，確保其安全性，出現(xiàn)漏水后應(yīng)立即關(guān)閉相關(guān)閥門，防止水淹廠房事故發(fā)生。

4 結(jié)束語

本文對水電站機(jī)組技術(shù)供水現(xiàn)況進(jìn)行分析，從程序上、結(jié)構(gòu)上、經(jīng)濟(jì)上對技術(shù)供水改造進(jìn)行探討，首先是提出改造設(shè)計思路，其次依據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際情況，確定管路路徑及改造可行性，最后確定具體實施改造方案。方案應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性，最大化的降低改造成本，這里就需要盡可能利用原有的設(shè)備，但特別注意邊界條件是否發(fā)生變化，將尾水取水水泵技術(shù)供水方式改造成自流減壓式，考慮到取水壓力等級變化，原濾水器、管路及管路閥門是否能滿足改造要求。通過對設(shè)計方案會審，在設(shè)備采購招標(biāo)文件編制階段就提出最優(yōu)的設(shè)計方案，這樣不管是后期運行維護(hù)，還是設(shè)備安全運行都有非常重要的意義。