王社二級水電站技術供水濾水器系統改造

寧德市上白石水利樞紐工程有限公司 于艷冬

經濟社會的發展離不開能源的支持，而電力是日常生活使用最便利的二次能源。隨著環保意識的加強，水利發電因其成本低、清潔性好也受到越來越多的關注，近年來水力發電裝機量不斷增加。但在水電站的運行中也普遍存在設備堵塞、運行效率低等問題，影響水力發電的運行效益。技術供水濾水器設備堵塞就是典型問題之一。在水電站機組運行中，技術供水系統是重要的組成部分，也為維持發電機組穩定運行的關鍵。利用技術供水系統是能夠將潤滑水、冷卻水引入發電機組冷卻設備內，降低機組溫度、保持良好的潤滑狀態，從而維護機組的安全可靠運行。

本文以王社二級水電站的運行為例，分析介紹當前水電站中存在的技術供水濾水器堵塞等問題，重點分析當前王社二級水電站技術供水濾水器存在的問題及導致濾水器問題的主要原因[1]，在此基礎上總結改造王社二級水電站技術供水濾水器設備的方案，解決濾水器堵塞問題，提升技術供水設備的運行性能，保障水電站的可靠運行，同時也為后期更好的維護改造其他水電站的設備提供參考。希望通過本文的研究能夠形成對于水電站技術供水系統和濾水器設備的基本認識，積累關于水電站技術供水濾水器改造的經驗，從而在后期更好的對相關設備進行改造。

1 王社二級水電站技術供水濾水器存在的問題及原因分析

1.1 王社二級水電站概述

水電站是以水為主要動力的發電設備，但是在水電站的運行中也需要其他類型的供水，比如生活供水、消防供水和技術供水等，這些供水的壓力、溫度、流量、質量等都要滿足相應的要求。比如技術供水是對水電機組設備進行冷卻的主要介質，會廣泛應用于發電機中的空氣冷卻器、水輪機中的軸承冷卻器以及各種軸承冷卻器內，直接關系到冷卻器的運行及各類軸承設備的降溫效果[2]。

柘榮縣王社二級水電站位于閩東賽江上游東溪（又稱柘泰溪）干流上，是座單純的發電工程，為引水式電站。裝機容量2×9000千瓦，設計年發電量7880萬千瓦時。王社二級水電站技術供水系統采用在壓力鋼管內直接取水，技術供水為：兩臺機組分別在各自的壓力鋼管取水，由兩臺濾水器為電站水輪發電機組及其附屬設備提供冷卻供水。濾水器型號WRF-1510，工作壓力0.1～1.6MPa。當前王社二級水電站技術供水濾水器及管路系統在設備可靠及設計上存在一定的不足，不能可靠地滿足電站生產的工作需要。對該設備的結構及運行狀況進行了簡要分析，介紹了對水系統及濾水器排污系統實際改造的措施和改造過程，為電站的技術供水提供了有力保障。

1.2 運行過程中存在的問題

垃圾泥沙無法排出。王社二級水電站于2005年投產以來，技術供水濾水器泥砂和大量垃圾無法排出。濾水器內的漂浮物、沉積物，特別是塑料袋、草根等雜物不能有效清除。技術供水濾水器排污管由濾水器本體排污水管（型號為DN80的鋼管制作而成）連接埋在防洪墻內的排污水管（型號為DN30的鋼管制作而成）而組成。污水及渣滓經技術供水濾水器排污管流向尾水處排出。由于設計不合理，預埋在防洪墻內的排污水管口徑太小，造成管道經常堵塞，無法正常排污。但因其處于防洪墻內部，位置特殊，無法進行改造。導致濾水器的排污效果近乎為零，形同虛設。

濾筒與分水板之間存在較大間隙。王社二級電站兩臺機組的技術供水濾水器的濾筒與分水板之間都存在3cm 以上的間隙。由于間隙過大，經常發生大量渣滓未經濾筒過濾而直接從間隙處排出，進入技術供水總管，造成冷卻設備管路堵塞嚴重，如果發生堵塞，因冷卻設備水管口徑小且大多處于機組內部，處理起來難度很大并且效果很小），從而導致水輪機軸瓦和發電機定子線圈溫度升高，造成事故停機發生，嚴重影響水輪發電機組的正常運行。

濾水器運行異常。技術供水對電站安全穩定運行非常重要，而電站現有的技術供水濾水器不能進行正常、有效的排污工作，冷卻設備的經常堵塞需要停機檢修等，影響電站的經濟效益。

1.3 原因分析

王社二級水電站在交溪流域柘泰溪取水，上游有柘榮縣和泰順縣。汛期到來（交溪流域汛期為每年4月～10月）以后，汛期洪水不僅帶來了大量的枯枝與落葉，且常伴有大量的生活垃圾，這些渣滓途經電站攔污柵后又順著隧洞進入壓力鋼管，一路來到了機組濾水器處。大量的渣滓直接將電站技術供水濾水器堵塞，具體情況如圖1所示。

圖1 濾水器濾筒污物堵塞情況

電站技術供水濾水器設計過濾精度為3mm。但因設備的實際構造遠達不到設計精度而導致實際過濾精度低，兩臺濾水器都存在濾筒與分水板間隙均在3cm 以上，間隙過大。因濾水器存在缺陷造成大量漂浮物（塑料袋、雜草、樹葉等）未經濾網過濾，渣滓進入濾水器排污水管，造成濾水器排污水管堵塞。渣滓進入技術供水總管供給冷卻設備，從而造成冷卻設備管路堵塞，如圖2所示為濾水器基本結構。

圖2 濾水器結構圖

1.4 通過改造性能的目標

當前王社二級水電站的技術供水取水水源中常含有生活垃圾、雜草、樹葉等，這些雜物的存在會堵塞濾水器設備。因此改造技術供水濾水器的首要目標就是格擋雜物，防止這些污物進入冷卻管道，比如增加格柵、沉淀池等有效措施，以保證生產運行安全可靠[3]。完善污物清理流程，豐富檢修手段、簡化維護檢修工序，從而更加方便快捷的清理污物，能夠在較大程度上減少停機時間，減輕設備維修造成的影響，增加水電站的發電量[4]。

2 技術改造方案

結合前文分析可知，當前王社二級水電站運行過程中存在的問題主要與供水環境、濾水器設備使用維護有關，因此要重點改造水電站的濾水器排污管路和濾水系統，從而提升濾水效果，保障水電站的正常運行。

2.1 濾水器排污管路進行改造

通過現場勘查，距離濾水器排污水管20米處的廠外排水管（型號為DN100的鋼管制作而成）可以滿足濾水器的排污需求。將技術供水濾水器的排污水管改接到廠外排水管上，由于濾水器的排污水管口徑增大使得排污效果更好。

2.2 濾水器濾水方式的改造

在濾水器出口側增加一道濾網，即DN80管路上加設一個簡易型濾水器（小濾水器），小濾水器使用大口徑鋼管制作而成，將大管底部密閉，頂部選用法蘭片焊接，使用相同的法蘭片制做小濾水器頂部蓋板，頂部蓋板法蘭片中空部分用同等厚度鐵板進行密閉焊接。管中部兩側分別打孔（用于焊接到DN80管路上），完成小濾水器串聯到供水系統工作。小濾水器內設置鐵板制作的過濾網，能有效的起到過濾渣滓的作用。

圖3 小濾水器（A）示意圖

小濾水器的清污方式為打開頂部蓋板手動清污，清理時因會停止技術供水的供給，需要停機處理。為消除這一缺陷，在供水管路中串入兩個并聯的小濾水器。需要排污時可以讓兩個小濾水器輪換工作。即：清理小濾水器（A）時、可以將技術供水切換為小濾水器（B）運行，清理小濾水器（B）時、可以將技術供水切換為小濾水器（A）運行，使清污不影響技術供水。

圖4 改造完成后小濾水器示意圖

3 改造效果及運行建議

3.1 改造效果

水電站運行設備的冷卻用水，如發電機的推力軸承、導軸承、空氣冷卻器等用水均來自于技術供水系統。通過上述改造，解決汛期濾水器頻繁堵塞現象，提高了機組冷卻水可靠供給，適應和滿足了機組各軸承對水質的要求，特別是在汛期，入庫流量大、水質差，機組滿負荷、長周期運行，為機組經濟可靠運行和安全發供電提供有力保障。

通過與濾水器改造之前比較，改造后其性能較高，未出現過明顯的缺陷。在經濟效益上，該改造方案費用低、易于實施，王社二級水電站今年以來汛期期間未發生因為冷卻水器受污物堵塞造成停機情況發生，與往年對比1號機組因為清理冷卻水系統的減少停機時間2200分鐘，2號機組因為清理冷卻水系統的減少停機時間2900分鐘。可節省由于清理機組冷卻水系統造成的電量損失。根據計算可得，可提高發電量約85小時×8400千瓦=714000千瓦時（每臺機組以8400千瓦計算），增加效益714000千瓦時×0.30元/千瓦（平均電價）=21.42萬元。

3.2 運行建議

在日常巡檢水電站運行設備中，需要重點檢查技術供水系統中濾水器設備的壓力、流量，確保出口位置的壓力值和流量值處于正常狀態。同時要檢查確認供水用戶的進出口位置保持正常流量。另外要檢查電磁流量計、軸瓦溫度、進出風溫度和油溫度等，確保相關數值未出現異常[5]；檢查供水系統中濾水器設備的上下腔之間的壓差，如果壓差超過0.04MPa 時要及時報警處理。

檢查控制箱上監測指數的指示情況，確保供水系統中的濾水器能夠達到排污閥全部關閉開啟的狀態。而且要確保未出現報警信號，備用系統也處于正常運行狀態；檢查啟動柜內的溫度，確保溫度、風機、軟啟都處于正常運行狀態；檢查閥門、管路等不存在漏水、滴水、冒水等問題；檢查確認水泵正常，排查水泵運行中存在的噪音、異常振動問題。

綜上，通過本文的分析可知，技術供水在水電站的運行中具有重要的作用，如果技術供水出現異常就會直接影響到水電站機組設備的降溫和機組的運行。本文提出的針對王社二級水電站的改造方案能夠有效改造王社二級水電站技術供水存在的問題，從而改善了該水電站的運行狀態，降低了故障停機時間，也增加了水電站的運行時長和效益。

未來隨著經濟社會的發展，水電機組的規模將進一步擴大，對于機組運行的要求也會更加嚴格，技術供水系統等輔助系統的運行也會遇到更多更復雜的問題，這就需要不斷加強對于技術供水系統的研究，制定更加合理的維護改造方案，更好的保證技術供水等輔助系統的運行，保證水電機組的高效平穩運行，實現良好的發電效益。