水電廠技術(shù)供水系統(tǒng)改造與應(yīng)用

吳寶琳，曹益榮

(廣東粵海飛來峽水力發(fā)電有限公司樂昌峽分公司，廣東 韶關(guān) 512700)

0 引言

某水電廠自2013 年投運(yùn)以來，因技術(shù)供水系統(tǒng)兩臺濾水器堵塞，技術(shù)供水總流量不足，導(dǎo)致三臺機(jī)組、兩臺主變和全廠空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，多次發(fā)生因技術(shù)供水問題引發(fā)的發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷跳閘、主變壓器冷卻水壓低、水冷空調(diào)頻繁故障等一系列設(shè)備異常運(yùn)行狀態(tài)。為解決技術(shù)供水存在的問題，消除隱患，提高主設(shè)備運(yùn)行可靠性，對電廠技術(shù)供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造解決了技術(shù)供水存在的問題。

1 技術(shù)供水系統(tǒng)存在的問題

該水電廠地下廠房技術(shù)供水采用流道取水，取水點(diǎn)位于三臺機(jī)組蝸殼前壓力鋼管段，取水總流量2 289 m3/h。經(jīng)兩臺濾水器(型號為DLSⅢ-500，流量2 000 m3/h)過濾，供給全廠技術(shù)(機(jī)組冷卻、主變冷卻、空調(diào)用水、消防等全廠設(shè)備)和生活用水。濾水器安裝在標(biāo)高82 m 高程。按設(shè)計(jì)說明，全廠最大用水流量約2 200 m3/h，兩臺濾水器按一主一備運(yùn)行。2013 年1 月機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)一臺濾水器出水端供水壓力偏低、流量偏小，運(yùn)行工況不佳。為保障機(jī)組及輔助設(shè)備正常、安全、高效運(yùn)行，濾水器退出一主一備運(yùn)行方式，兩臺濾水器全部投入至今。技術(shù)供水系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 技術(shù)供水系統(tǒng)

運(yùn)行中主要存在以下問題。

1) 技術(shù)供水設(shè)計(jì)流量偏小，供水不足。全廠用水最大流量達(dá)2 200 m3/h，其中機(jī)組單臺總用水流量約600 m3/h，三臺機(jī)組全開情況下，機(jī)組總用水流量約1 800 m3/h；兩臺主變壓器最大總用水流量為140 m3/h；主廠房和副廠房共安裝立式空調(diào)35 臺、掛式空調(diào)13 臺，用水流量約200 m3/h；自廊道層DN500 技術(shù)供水總管引一條DN100 消防水管，接至主、副廠房消防給水環(huán)網(wǎng)，用水流量約為100 m3/h；主變噴淋系統(tǒng)與機(jī)組部分獨(dú)立，自蝸殼層取水總管經(jīng)DN300 管道取水，再經(jīng)兩臺噴淋泵加壓供給主變消防噴淋系統(tǒng)，流量約為600 m3/h。全廠設(shè)備用水流量統(tǒng)計(jì)見表1。

濾水器堵塞時進(jìn)水壓力為0.66 MPa，出水壓力為0.61 MPa，空調(diào)水壓為0.20 MPa，低于正常運(yùn)行要求的0.25 MPa。開蓋清理后濾水器進(jìn)水壓力為0.66 MPa，出水壓力為0.65 MPa，空調(diào)水壓升至0.30 MPa。三臺機(jī)組滿發(fā)工況時濾水器進(jìn)水壓力降為0.57 MPa，出水壓力為0.54 MPa，空調(diào)水壓為0.25 MPa。濾水器清洗前后各設(shè)備壓力值統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 濾水器清洗前后各設(shè)備壓力值

現(xiàn)有濾水器設(shè)計(jì)流量為2 000 m3/h，比正常運(yùn)行用水流量小，現(xiàn)場管路布置彎頭多、旁通多、水力損失大，供水不足，不滿足一主一備運(yùn)行方式。

2) 濾水器選型不合理，排漂排污性能差，堵塞嚴(yán)重。電站水質(zhì)含漂浮物多，貝類生長快，現(xiàn)在使用的DLSⅢ-500 型濾水器排漂排污性能差，堵塞嚴(yán)重。DLSⅢ-500 型濾水器采用下進(jìn)上出、底部排污的結(jié)構(gòu)。濾水器的濁水腔在下、清水腔在上，底部設(shè)排污結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)僅適用于河水中含泥沙較多的水電廠，不適用于河水中漂浮物較多的水電廠。濾水器內(nèi)因漂浮物無法有效排出而頻繁堵塞，須經(jīng)常開蓋清理漂浮物。

3) 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性低，故障率高，影響機(jī)組正常運(yùn)行。機(jī)組運(yùn)行中多次出現(xiàn)設(shè)備供水壓力偏低故障報(bào)警，示流計(jì)誤動作導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)，水冷空調(diào)系統(tǒng)冷卻水壓力低故障停運(yùn)等一系列問題，嚴(yán)重影響機(jī)組及其輔助設(shè)備的正常、安全、高效運(yùn)行，并造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。技術(shù)供水問題導(dǎo)致機(jī)組故障事件統(tǒng)計(jì)(2014 年1 月至2020 年5 月)見表3。

表3 技術(shù)供水問題導(dǎo)致機(jī)組故障事件統(tǒng)計(jì)

2 技改方案選定

根據(jù)水電廠技術(shù)供水特點(diǎn)，主要形成以下三種技術(shù)改造方案。

2.1 三種技術(shù)方案特點(diǎn)

1) 方案一?？照{(diào)和主變采用密閉循環(huán)供水，設(shè)冷卻水池，系統(tǒng)獨(dú)立分區(qū)。閉式循環(huán)系統(tǒng)冷水由供水泵向空調(diào)和主變壓器供水，熱水經(jīng)浸泡于冷卻水池的冷卻器冷卻后循環(huán)利用。機(jī)組采用濾水器供水，與空調(diào)和主變壓器供水獨(dú)立。系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 方案一系統(tǒng)

2) 方案二。設(shè)三臺優(yōu)化濾水器。針對該廠濾水器不滿足主備互用設(shè)計(jì)要求，設(shè)置三臺濾水器，以達(dá)到兩臺主用一臺備用，在一臺設(shè)備維護(hù)檢修時，可保證全廠用水量。系統(tǒng)如圖3 所示。

圖3 方案二系統(tǒng)

3) 方案三。優(yōu)化設(shè)備，主變空調(diào)獨(dú)成系統(tǒng)。設(shè)置一臺精密度高的復(fù)合定位排污全自動濾水器，從流道取水總管取水，單獨(dú)向空調(diào)和主變壓器供水；同時利用現(xiàn)有技術(shù)供水管路設(shè)備，實(shí)現(xiàn)新增設(shè)備與原設(shè)備并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)互為備用。系統(tǒng)如圖4 所示。

圖4 方案三系統(tǒng)

2.2 三種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

對以上三種方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，見表4。

表4 三種方案比較

經(jīng)過對現(xiàn)場設(shè)備布置、管路敷設(shè)等情況的查看和對技術(shù)方案的全面分析、比較和討論，認(rèn)為方案二最優(yōu)，將方案二作為此次技術(shù)供水系統(tǒng)改造方案。總體技術(shù)方案如下。

1）設(shè)三臺優(yōu)化濾水器。針對該廠濾水器不滿足主備互用設(shè)計(jì)要求，設(shè)置三臺濾水器，以達(dá)到兩臺主用一臺備用，在一臺設(shè)備維護(hù)檢修時，可保證全廠用水需求。

2）選用過流量大、排漂排污效果好、操作維修方便的新型濾水器，更換現(xiàn)有排漂排污性能差、易堵塞的DLS Ⅲ-500 型濾水器。

3 技術(shù)改造方案的實(shí)施

3.1 濾水器選型

根據(jù)近幾年的運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)可知，該水電廠技術(shù)供水水質(zhì)相對較好，但在汛期，河水漂浮物較多，漂浮物會隨進(jìn)水流道進(jìn)入技術(shù)供水總管。經(jīng)全面了解和考察目前國內(nèi)水電廠濾水器技術(shù)情況，擬選擇三臺ZLSG-500GD 型濾水器，設(shè)計(jì)水流量大于等于2 120 m3/h，精度1 mm，減速機(jī)功率1.5 kW。

3.2 濾水器結(jié)構(gòu)與功能

復(fù)合定位排污全自動ZLSG-GD 型濾水器主要適用于過濾水中具有大量漂浮物和一定量沉積物的介質(zhì)過濾，此類型濾水器在許多水電廠技術(shù)改造中取得了預(yù)期效果。濾水器充分利用過濾原理、重力分離原理把濾水器分為漂浮物納污室、過濾室、進(jìn)水濁水室三個腔室。復(fù)合型濾水器本體設(shè)計(jì)為上、中、下腔，上腔為漂浮物納污腔，中腔為過濾腔，下腔為濁水腔。在上腔設(shè)置漂浮物排污孔，中腔設(shè)置過濾組件和出水口，下腔設(shè)置排污叉管、進(jìn)水口和沉積物排污孔。

當(dāng)含有大量泥沙和漂浮物的水由進(jìn)水口進(jìn)入濁水腔后，利用重力分離和過濾切向分力作用進(jìn)行復(fù)合排污，利用機(jī)電一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)濾水器單個濾筒依次強(qiáng)力定位排污功能。排污采用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，保證良好的清污效果。

過濾采用一體化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話功能，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及操作，可調(diào)節(jié)濾水器控制參數(shù)，查詢歷史數(shù)據(jù)，顯示故障報(bào)警等。濾水器排污可選擇間隔時間或壓差進(jìn)行自動排污，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。控制系統(tǒng)通過通信接入廠房公用本地控制單元(local control unit，LCU)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控功能。

濾水器殼體下部設(shè)有檢修孔，可定期清理濾水器內(nèi)部大型渣物；端蓋密封采用“O”型圈密封，可多次拆卸，不用更換；濾芯檢修時，只需要拆卸端蓋，不需要拆卸進(jìn)出法蘭和閥門，只需要打開下檢修孔或通過排泥閥定期清污，設(shè)備檢修方便，利于維護(hù)。

3.3 技改重難點(diǎn)

1) 設(shè)備運(yùn)輸。布置于地下廠房主廠房廊道層的2 臺主濾水器直徑約1.2 m，現(xiàn)有通道因管路布置及其除濕機(jī)安裝等，最窄處不足0.8 m，不具備新設(shè)備運(yùn)輸條件。因此，需要將設(shè)備經(jīng)主廠房吊物孔吊至主廠房廊道層，通過下層排水廊道運(yùn)送至現(xiàn)場進(jìn)行安裝，進(jìn)出下層排水廊道處需要架設(shè)專門的設(shè)備運(yùn)輸平臺。

2) 設(shè)備安裝。兩臺濾水器利用現(xiàn)有安裝基礎(chǔ)稍作改動進(jìn)行安裝，由于新型濾水器采用下進(jìn)上出，原DN500 進(jìn)出水管路需要重新配割和制作。另外，一臺設(shè)備安裝在2 號濾水器側(cè)邊，總管路彎頭重新配置，總出水管整體向右移動1.5 m 左右，因作業(yè)空間狹窄，整體施工難度較大。

4 改造效果評估

技術(shù)供水系統(tǒng)改造后，經(jīng)過三年多各種工況下的運(yùn)行，得出以下評價。

1) 濾水器選型正確，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與該水電廠水庫水質(zhì)相適應(yīng)，符合該水電廠技術(shù)供水運(yùn)行特性。新濾水器體寬，內(nèi)部空腔寬闊，有利于排漂。原濾水器采用單體滾筒式濾芯，易發(fā)生堵塞，清洗工作狀態(tài)時，水力損失大；新濾水器采用7 個單體濾芯，濾芯采用沖孔設(shè)計(jì)，內(nèi)壁光滑，濾網(wǎng)不易斷裂、堵塞，且反清洗時單個濾芯退出，水力損失小，適應(yīng)某水庫水質(zhì)，符合該電廠技術(shù)供水運(yùn)行特性。

2) 技術(shù)供水系統(tǒng)改造后，運(yùn)行狀態(tài)良好，水力損失少。改造后，濾水器進(jìn)、出水口壓力值基本一致，濾水器水力損失小，效率高，無堵塞現(xiàn)象。在庫水位(標(biāo)高140.5 m)接近死水位時，均滿足機(jī)組技術(shù)供水、空調(diào)、主變的水壓要求。三臺機(jī)組運(yùn)行時不同庫水位下技術(shù)供水系統(tǒng)各測量點(diǎn)水壓力如表5 所示。

表5 不同庫水位下技術(shù)供水系統(tǒng)各測量點(diǎn)水壓力

3) 濾水器排污排漂效果良好，按照目前間隔時間進(jìn)行排漂清污操作，能保證濾水器不發(fā)生明顯堵塞，技術(shù)供水壓力和供水水量在任何工況下均有保障。

改造前，維護(hù)人員每兩周打開濾水器維護(hù)蓋板進(jìn)行人工清污工作，清除大量漂浮物、水生物等。改造后，運(yùn)行人員每7 天執(zhí)行自動清污運(yùn)行，為檢驗(yàn)濾水器的排污效果，運(yùn)行期間多次開蓋檢查新濾水器內(nèi)部情況，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)三臺濾水器內(nèi)部情況良好，上腔排漂腔均無漂浮物，下腔排污室均無明顯污泥，即使在水庫大量漂浮物的極端情況下，技術(shù)供水系統(tǒng)供水壓力和供水水量基本不受影響，濾水器整體工作情況良好。

4) 技術(shù)供水系統(tǒng)改造投運(yùn)后，提高了機(jī)組運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性，消除了多年來機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)故障頻發(fā)的安全隱患；經(jīng)過一年多技術(shù)供水改造后的試運(yùn)行，機(jī)組技術(shù)供水壓力均保持在0.35 ～0.5 MPa 之間，供水壓力有保障，未發(fā)生因技術(shù)供水壓力或流量問題導(dǎo)致機(jī)組等主設(shè)備停運(yùn)的情況。

5 結(jié)束語

水電廠技術(shù)供水系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)置三臺優(yōu)化的濾水器改造后，消除了供水能力不足、排污效果差等隱患，提升了技術(shù)供水系統(tǒng)的安全性和可靠性，保障了機(jī)組的安全運(yùn)行。