某水電站技術供水系統優化

趙業文，豆樂飛，袁章程

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

水電站技術供水又稱生產供水，與消防供水、生活供水共同組成水電站的供水系統，其主要作用是對設備進行冷卻，有時也用于潤滑及水壓操作。

某水電站技術供水系統，經多年運行，主要有主設備冗余設計、二級減壓設計、正反向供水設計以及安全設計等優點，也暴露出一級減壓閥無冗余的不足之處。在不增加設備、合理利用現有設備的基礎上(空間限制)，充分利用環境因素，優化技術供水系統、優化系統運行方式，提出了二路供水的優化解決方案，提高了系統的安全可靠性。

1 電站及技術供水系統簡介

1.1 電站簡介

該水電站為地下式廠房，安裝單機額定容量為700 MW的巨型水輪發電機組。為發揮該水電站上游水庫的最大防洪效益，電站上游水庫以防洪調度為主：汛期，上游庫水位一般維持在防洪限制水位，預留防洪庫容調節可能的洪水；枯水期，在保證水庫下游有較大航深的前提下，上游庫水位逐漸蓄升至正常蓄水位，以提高水能的利用率及電站的經濟效益。因此，該水電站可稱之為季調節電站，電站水頭波動較大。

1.2 技術供水系統簡介

該水電站技術供水系統采用單機單元自流減壓供水方式，水源取自上游水庫，取水口設置在蝸殼內，備用水源取自相鄰機組；2臺全自動濾水器，1臺工作，1臺備用；3臺供水減壓閥按二級減壓設計，2臺二級減壓閥，1臺工作，1臺備用；1臺泄壓持壓閥；正反向倒換閥門組；管路、閥門、自動化控制元件及用戶等組成(如圖1)。

圖1 技術供水系統簡圖

2 技術供水系統的優點與不足

2.1 技術供水系統的優點

2.1.1 冗余設計

該技術供水系統設計有備用取水口，當某臺機組技術供水系統蝸殼取水口堵塞，取水壓力或流量不能滿足用戶需要時，可迅速切換至備用水源；該技術供水系統濾水器以及二級減壓閥均采用一用一備設計，擁有足夠的冗余量，當濾水器或二級減壓閥突發缺陷影響正常供水時，同樣可以迅速切備，保障系統的安全穩定運行。

在正常運行時，通過運行人員對濾水器以及二級減壓閥定期的倒換操作，也能夠使主用與備用設備均處于良好的狀態。

2.1.2 二級減壓設計

該技術供水系統設計為二級減壓供水方式，在總壓降不變的情況下，能夠顯著降低各級減壓閥承受的減壓比，并可以在一級減壓閥及二級減壓閥之間合理分配減壓比，有效降低減壓閥運行時產生的振動和噪音，進而降低振動及噪音對設備、對系統的不良影響和對現場工作人員的身心傷害。

2.1.3 正反向供水設計

該技術供水系統設計有4個電動閥(DF9、DF10、DF11、DF12)，組成正反向倒換閥門組。通過運行人員定期的倒換操作，能夠有效防止各用戶單一方向長時間運行的泥沙淤積，乃至堵塞情況的發生，保障各用戶的安全穩定運行。

2.1.4 安全設計

該技術供水系統在二級減壓閥出水管路上設有泄壓持壓閥。當二級減壓閥突發故障，減壓閥出口水壓力超過泄壓持壓閥整定值(核定計算的最高安全供水壓力)，泄壓持壓閥一方面能夠自動開啟泄壓(水力控制)，防止供水管路的水壓力進一步升高，保護各用戶的安全；另一方面能夠穩定持壓，使供水管路的水壓力保持在整定值，保證系統繼續為各用戶提供水源，為運行人員發現故障及倒換至備用減壓閥提供充裕的時間。

2.2 技術供水系統的不足

該技術供水系統的一級減壓閥無冗余設計。若發生一級減壓閥不減壓缺陷，則一級減壓閥丟失的減壓比由二級減壓閥承擔，二級減壓閥產生的振動及噪音增大，但不至于危及系統運行。若發生一級減壓閥減壓過低或是發生一級減壓閥全關缺陷，則技術供水系統不能正常供水、乃至斷水，只能緊急停機進行檢修，對該水電站造成一定的經濟損失，同時該電站為700 MW巨型水輪發電機組，若發生緊急停機事件，很可能導致電網的振蕩[1-3]。

3 優化改進設想

3.1 系統優化

該電站為地下式廠房，設備布局受限，加裝1臺一級減壓閥形成兩路二級減壓供水很難實現。因此，只能考慮在不新增一級減壓閥的情況下，進行優化改進設計：重新布置1號減壓閥、2號減壓閥以及2號減壓閥進口閥DF7。即將1號減壓閥與2號減壓閥直接相連，2號減壓閥進口閥DF7前移作為1號減壓閥與2號減壓閥的進口閥(如圖2)。

圖2 優化改進設想圖

若該技術供水系統按照上述優化改進設想改造，則減壓閥能夠實現一用一備設計，但改造完成后，一路為一級減壓供水，一路為二級減壓供水[4-5]。

3.2 運行方式優化

上述優化改進設想改變了該技術供水系統二級減壓供水的原設計，若兩路減壓閥仍按原運行方式運行，在枯水期，一級減壓供水方式運行時，必將產生較大的振動和噪音。因此，在對該電站技術供水系統進行設計優化時，也應該按照該電站季調節的特點，對技術供水系統的運行方式進行優化。

該水電站汛期和枯水期上游庫水位波動較大，剛好提供了一個運行方式優化的突破口：在汛期，上游水位低，一級減壓供水作為主供水，二級減壓供水作為備用供水；在枯水期，上游水位高，二級減壓供水作為主供水，一級減壓供水作為備用供水。

3.3 系統優化后的優點

該技術供水系統按照優化設想優化后，系統保留了兩路減壓供水一備一用冗余設計。

運行方式優化后，上游水位高時，二級減壓供水方式運行，能夠控制現場的振動和噪音在合格的范圍內，保障現場工作人員的身心健康。即使二級減壓供水某一個減壓閥故障，也可以倒換至一級減壓供水短暫運行，待故障排除后再倒換回二級減壓供水運行，保障技術供水系統的不間斷運行，保障機組的運行安全。

4 結 語

通過對該水電站技術供水系統多年運行情況的分析，總結了該電站技術供水系統的優點與不足。并針對技術供水系統存在的不足，依據該電站為地下式廠房以及上游庫水位波動大等特征，設想了一種系統優化方案及相應的運行方式優化方案，若付諸實施，必將提高該電站技術供水系統運行的安全穩定性。對類似水電站機組技術供水系統的設計安裝、優化改進，也具有一定的參考價值。