阿爾塔什水電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計

劉向陽

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

水電站的技術(shù)供水系統(tǒng)一般由水源、管網(wǎng)、冷卻換熱器和自動化監(jiān)測元件等組成，其任務(wù)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理地保證用水設(shè)備對冷卻水水量、水壓、水溫和水質(zhì)的要求，主要服務(wù)對象為水輪發(fā)電機(jī)組的各部軸承冷卻器、空氣冷卻器，主變冷卻器等，對各部軸承內(nèi)的潤滑油、主變絕緣油起冷卻作用。技術(shù)供水系統(tǒng)能否長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響電站發(fā)電設(shè)備和送出系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而影響電站的經(jīng)濟(jì)效益。

1 電站概況

1.1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程位于葉爾羌河干流山區(qū)河段，是葉爾羌河干流山區(qū)河段的控制性水利樞紐工程，是一座具有防洪、灌溉和發(fā)電等綜合利用任務(wù)的水利工程。工程壩址位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣的庫斯拉甫鄉(xiāng)境內(nèi)，距喀什地區(qū)的莎車縣約120 km，距下游卡群渠首約55 km，距喀什市約310 km。水庫正常蓄水位1820 m，總庫容22.49 億m3，調(diào)節(jié)庫容12.60 億m3。工程建成后，可向南疆四地州電網(wǎng)輸送21.86 億kW·h 的電量，阿爾塔什水電站作為南疆四地州骨干電源支撐點，在電網(wǎng)中的作用是冬季承擔(dān)系統(tǒng)峰荷，夏季承擔(dān)系統(tǒng)腰荷和基荷；并承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷備用和事故備用。

工程總裝機(jī)容量755MW，其中主電站裝機(jī)700MW（175MW×4 臺），為充分利用生態(tài)基流的下瀉流量和水頭，設(shè)置生態(tài)電站，生態(tài)裝機(jī)55 MW（27.5 MW×2 臺），本文以阿爾塔什水利樞紐工程主電站為例，介紹電站的技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計情況。

1.2 電站基本參數(shù)

電站基本設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 阿爾塔什主電站基本設(shè)計參數(shù)表

1.3 河流泥沙及水質(zhì)特性

葉爾羌河河道泥沙及水質(zhì)特性見表2，估算的汛期過機(jī)含沙量見表3，河水水化學(xué)特征見表4。

表2 阿爾塔什主電站基本設(shè)計參數(shù)表

表3 汛期過機(jī)含沙量表

表4 葉爾羌河流域河流水化學(xué)特征統(tǒng)計表

2 技術(shù)供水系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1 機(jī)組及主變技術(shù)供水水量

水輪機(jī)采用無接觸間隙密封，泵板排水、排沙型式，主軸密封不需水冷卻或潤滑，機(jī)組各部軸承油冷卻器的冷卻用水量見表5，單臺機(jī)組冷卻水量約1100 m3/h。

表5 水輪發(fā)電機(jī)組各部軸承冷卻用水量表

電站在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰及事故備用任務(wù)，所占比重較大，屬骨干電源，采用單元接線雙母線出線，主變型號SSP11-220000/220，額定容量220 MVA，共4 臺，根據(jù)主變廠家提供的資料，單臺主變冷卻水量為120 m3/h。

2.2 機(jī)組及主變技術(shù)供水方案

根據(jù)《水利水電工程機(jī)電設(shè)計技術(shù)規(guī)范》（SL 511-2011）2.8 條，電站的水頭運(yùn)行范圍147.39 m～209.71 m，技術(shù)供水方式可選尾水水泵供水、壓力鋼管自流減壓供水及循環(huán)冷卻供水等方案。

尾水水泵供水具有技術(shù)成熟可靠、使用廣泛等優(yōu)點，但由于水源取自電站尾水，根據(jù)表3 的估算結(jié)果，汛期過機(jī)泥沙含量較高，水質(zhì)難以保證，會對機(jī)組各部冷卻器換熱管路產(chǎn)生磨損和堵塞，綜合考慮，電站設(shè)置兩套技術(shù)供水系統(tǒng)，非汛期采用壓力鋼管自流減壓供水，汛期采用循環(huán)冷卻供水。

2.2.1 壓力鋼管自流減壓供水方案設(shè)計

壓力鋼管自流減壓供水具有設(shè)備布置簡單，使用操作和維護(hù)方便、占地面積小等優(yōu)點。本電站水頭較高，隨著近年來減壓閥承壓比的提高，單次減壓也有成功應(yīng)用經(jīng)驗，如天生橋II 級水電站技術(shù)供水方式就采用一次減壓供水，運(yùn)行效果良好。

機(jī)組自流減壓供水系統(tǒng)為：每臺機(jī)組的進(jìn)水閥前壓力鋼管上，設(shè)置取水口，經(jīng)全自動濾水器、減壓閥、安全泄壓閥后供至機(jī)組，電站機(jī)組臺數(shù)為4 臺，因設(shè)有單獨(dú)的循環(huán)供水系統(tǒng)作為備用，自流供水部分均為單獨(dú)自成系統(tǒng)，機(jī)組間互不干擾，冷卻水經(jīng)機(jī)組各部油冷卻器后排至電站尾水。

主變自流減壓供水系統(tǒng)為：分別于2#、3#機(jī)組進(jìn)水閥前壓力鋼管上，設(shè)置取水口，經(jīng)全自動濾水器、減壓閥、安全泄壓閥后供至主變冷卻器，冷卻水經(jīng)主變冷卻器后排水至電站尾水。

各取水口入口均設(shè)置攔污柵，可避免大部分的漂浮物進(jìn)入管路；取水口后設(shè)置檢修閥，檢修閥為兩道設(shè)置，第一道為手動常開球閥，第二道為電動偏心半球閥，可在無需放空壓力鋼管的情況下，完成自流減壓供水系統(tǒng)設(shè)備的檢修工作；檢修閥后為全自動濾水器，可自動完成反沖洗；全自動濾水器后設(shè)置減壓閥，當(dāng)減壓閥或者管路故障引起供水管中壓力超過安全設(shè)定壓力時，安裝于減壓閥后的泄壓閥會迅速自動開啟并泄壓，保護(hù)供水管路和各部用水設(shè)備的安全。

2.2.2 循環(huán)冷卻供水方案設(shè)計

為確保各部軸承油冷卻器、空氣冷卻器、主變冷卻器的冷卻進(jìn)水溫度不大于25℃，循環(huán)供水系統(tǒng)的水循環(huán)方式為：循環(huán)水池→循環(huán)供水泵→尾水換熱器→機(jī)組各部軸承油冷卻器、空氣冷卻器、主變冷卻器→循環(huán)水池。循環(huán)水池設(shè)置于尾水管上方尾水閘墩空腔內(nèi)，可在非汛期補(bǔ)水或利用水車取生活區(qū)的清潔水源注入，優(yōu)點是冷卻水質(zhì)不受汛期河水水質(zhì)影響，始終能夠保證良好的冷卻水質(zhì)。機(jī)組運(yùn)行過程中，循環(huán)冷卻水經(jīng)水泵加壓、尾水換熱器換熱降溫后進(jìn)入各部軸承油冷卻器、空氣冷卻器、主變冷卻器，冷卻后回至循環(huán)水池，如此往復(fù)。

3 技術(shù)供水設(shè)備選擇及布置情況

3.1 自流減壓供水設(shè)備選擇及布置情況

機(jī)組自流減壓供水系統(tǒng)設(shè)備，主要布置于電站的進(jìn)水閥層壓力鋼管旁，單臺機(jī)組冷卻用水量約1100 m3/h，取水口后依次設(shè)置：DN450 手動球閥、DN450 電動偏心半球閥、DN450 全自動濾水器、DN450 可調(diào)式減壓閥、DN350 安全泄壓閥等，配合布置于機(jī)墩旁的機(jī)組冷卻進(jìn)出水總管、支管及壓力變送器、流量計、溫度計等自動化監(jiān)測元件，完成機(jī)組的冷卻供水任務(wù)。

主變自流減壓供水系統(tǒng)設(shè)備，主要布置于進(jìn)水閥層2#、3#機(jī)組壓力鋼管旁，由于電站擔(dān)任調(diào)峰及事故備用任務(wù)，主變單獨(dú)運(yùn)行時長較少，故兩臺主變合用一套供水設(shè)備。單臺主變冷卻用水量約120 m3/h，兩臺240 m3/h，據(jù)此取水口后依次設(shè)置：DN200 手動球閥、DN200 電動偏心半球閥、DN200 全自動濾水器、DN200 可調(diào)式減壓閥、DN150 安全泄壓閥等，配合布置于主變旁的冷卻進(jìn)出水總管、除沙器及流量計、溫度計等自動化監(jiān)測元件，完成主變的冷卻供水任務(wù)。

3.2 循環(huán)冷卻供水設(shè)備選擇及布置情況

機(jī)組循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)設(shè)備主要布置于電站的尾水閘墩。循環(huán)水池設(shè)置于尾水管上方閘墩空腔內(nèi)，考慮主機(jī)間設(shè)有結(jié)構(gòu)分縫及各機(jī)組運(yùn)行互不干擾，每臺機(jī)組循環(huán)水池單獨(dú)設(shè)置，單臺機(jī)組冷卻用水量約1100 m3/h，考慮循環(huán)管路充水量和蒸發(fā)水量損失，單個循環(huán)水池有效容積不小于520 m3，循環(huán)水池設(shè)有檢修進(jìn)人口和溢流、放空管路，非汛期可通過液位開關(guān)經(jīng)電站消防總管自動補(bǔ)水，汛期補(bǔ)水采用埋設(shè)至安裝間的備用補(bǔ)水管，必要時水車注入，循環(huán)水池內(nèi)設(shè)置投入式液位變送器、投入式液位開關(guān)、溫度變送器等。與水輪機(jī)層地面平齊的閘墩房間內(nèi)，布置供水泵設(shè)備，水泵采用長軸深井泵，計算設(shè)備布置高程差及管路、尾水換熱器的水頭損失，水泵額定流量1250 m3/h，額定楊程60 m，1 用1 備設(shè)置，汛期時交替啟動，水泵出口依次設(shè)有DN450 多功能水泵控制閥、DN450 手動偏心半球閥、并聯(lián)的2 臺額定流量不低于650 m3/h 的尾水換熱器等，配合機(jī)墩旁的機(jī)組冷卻進(jìn)出水管、自動化監(jiān)測元件，完成機(jī)組的冷卻供水任務(wù)。

主變循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)設(shè)備分別與1#、3#機(jī)組共用循環(huán)水池，2 臺主變合同一套循環(huán)冷卻供水設(shè)備，水泵設(shè)備同樣布置于水輪機(jī)層平齊的尾水閘墩房間內(nèi)，計算設(shè)備布置高程差及管路、尾水換熱器的水頭損失，水泵額定流量250 m3/h，額定楊程68 m，1 用1 備設(shè)置，汛期時交替啟動，水泵出口依次設(shè)有DN200 多功能水泵控制閥、DN200 手動偏心半球閥、額定流量不低于320 m3/h 的尾水換熱器等，配合布置于主變旁的冷卻進(jìn)出水總管、除沙器及流量計、溫度計等自動化監(jiān)測元件，完成主變的冷卻供水任務(wù)。

根據(jù)表4 葉爾羌河流域河水化學(xué)特征，考慮水中硫酸根離子含量較高，對金屬材料具有一定的腐蝕作用，電站技術(shù)供水管路原設(shè)計為不銹鋼材質(zhì)，尾水換熱器采用316 不銹鋼，可有效保護(hù)技術(shù)供水系統(tǒng)管路及重要設(shè)備的運(yùn)行安全。

3.3 技術(shù)供水系統(tǒng)圖

機(jī)組、主變的自流減壓供水系統(tǒng)與循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)之間，均可通過電動閥門實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動或現(xiàn)地手動切換，以電站1#、2#號機(jī)組為例，電站的技術(shù)供水系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 技術(shù)供水系統(tǒng)圖（1#、2# 機(jī)組）

4 結(jié)語

阿爾塔什水利樞紐工程主電站技術(shù)供水采用自流減壓供水為主，循環(huán)冷卻供水備用的供水方式，對于多泥沙河流水電站，循環(huán)冷卻供水方案可從源頭解決冷卻水的水質(zhì)問題，有效解決了各部冷卻設(shè)備的管路淤堵，提高了技術(shù)供水的保證率，從而保障了電站水輪發(fā)電機(jī)組、主變設(shè)備的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少了電站經(jīng)濟(jì)效益損失。