水電站機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的幾種方式比較.doc

水電站機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的幾種方式比較宋摯中水電站的技術(shù)供水系統(tǒng)由水輪發(fā)電機(jī)組軸承、發(fā)電機(jī)的冷卻水系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)直接影響到機(jī)組運行的安全性及電站運行的經(jīng)濟(jì)型；技術(shù)供水系統(tǒng)要根據(jù)水電站的基本技術(shù)參數(shù)及設(shè)備要求的技術(shù)供水參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計和論證，使設(shè)計方案要符合規(guī)范要求，使系統(tǒng)滿足機(jī)組在各種工況下的正常安全運行。技術(shù)供水系統(tǒng)對象為發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承油冷卻器、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、推力軸承油冷卻器、水輪機(jī)導(dǎo)軸承油冷卻器。水電站機(jī)組技術(shù)供水中的冷卻水對電站機(jī)組的安全運行有著至關(guān)重要的作用，冷卻水運行不正常，會造成機(jī)組溫度升高，報警、甚至停機(jī)事故。松潘縣的燕云電站（H=120M，N=28MW）；鎮(zhèn)江關(guān)電站（H=102M，N=214MW）；紅土電站（H=188.5M，N=216MW）屬于中高水頭電站。根據(jù)水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計規(guī)范DL/T5186-2004的規(guī)定：1、最小水頭小于15m時，宜采用水泵供水方式。2、凈水頭范圍為15m-70m時，宜采用自流供水方式。3、凈水頭范圍為70m-120m時，宜采用自流減壓或其他供水方式。4、凈水頭大于120m，選用供水方式時，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。5、當(dāng)水電廠水頭變化范圍較大，采用單一供水方式不能滿足需要或不經(jīng)濟(jì)時，可采用混合供水方式。6、在布置條件允許且經(jīng)濟(jì)合理時，可選用中間水池供水方式。 根據(jù)規(guī)定，燕云，鎮(zhèn)江關(guān)電站都宜選用自流減壓技術(shù)供水方式。紅土電站的水頭較高，可以考慮水泵供水，閉式循環(huán)供水，或是中間水池自流供水。下面可以就這幾種技術(shù)供水方式做一個比較：1、水泵供水：水泵是動力機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，傳給并排出水體的機(jī)械。對于電站來說，水泵是大量消耗廠用電的主要設(shè)備之一，而動力機(jī)的運行效率是不斷下降的，勢必需要不斷投入大量的維護(hù)成本和工作人員的高強(qiáng)度勞動。位于貴州的天生橋二級電站（H=220m，N=220WM6）原技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計為水泵加壓供水與自流減壓供水兩套系統(tǒng)互為備用。電站投運一段時間后發(fā)現(xiàn)，水泵隨機(jī)組開停機(jī)而不斷啟閉，經(jīng)過一段時間運行后，一則容積損失加大，易進(jìn)入空氣，引起水泵運行故障；二則水泵葉輪經(jīng)氣蝕后效率不斷下降，加上用電，運行維護(hù)成本高，水泵也容易損壞。電站方出于運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)型考慮，放棄水泵加壓供水，而啟用原本作為備用技術(shù)供水的自流減壓系統(tǒng)。啟用自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)后，自1996年至今未發(fā)生一起因為該系統(tǒng)引發(fā)的安全事故，十余年來也未對減壓閥進(jìn)行更換，極大地減輕了運行費用和工作人員的工作強(qiáng)度，類似情況也發(fā)生在四川紫坪鋪電站等多個電站。可見水泵的作為機(jī)械，效率隨運行時間的增加而低下的情況是一種普遍的客觀存在。2、閉式循環(huán)取水：閉式循環(huán)系統(tǒng)同樣是采用水泵加壓，不過采取的方式為自取水口取水后，由供水泵打至沉淀池，經(jīng)沉淀池沉淀以后再分配給各臺機(jī)組的供水方式。該套系統(tǒng)由尾水冷卻器、循環(huán)水池及泵房、循環(huán)水泵及電器控制柜、供水總管、回水總管5部分組成。工作原理是在清水期將循環(huán)水池充滿清水，在渾水期利用循環(huán)水泵將池內(nèi)清水打入冷卻器，經(jīng)過冷卻后進(jìn)入機(jī)組供水母管，分配至各臺機(jī)組冷卻系統(tǒng)使用，各臺機(jī)組冷卻后的回水匯入回水母管，返回循環(huán)水池，從而形成閉式循環(huán)技術(shù)供水。該方式最大的優(yōu)勢在于因為沒有從河面取水，而保證了進(jìn)入機(jī)組的水源的清潔，不會因為水中雜質(zhì)造成水泵及機(jī)組的損壞。最大的弊端在于投入成本高昂，而且對原本緊湊的水電站廠房有更高的空間要求，需要根據(jù)機(jī)組用水量修建沉淀池，泵房，增加大量管道（參見對比圖1 閉式循環(huán)技術(shù)供水系統(tǒng)與圖2自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)），還需要布置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。而因為其冷卻水來源仍為水泵，水泵運行效率的不斷下降與廠用電的大量消耗仍無法避免。3、自流減壓供水：自流減壓供水指的是當(dāng)水電站水頭超過用水的規(guī)定水壓值時，在技術(shù)供水系統(tǒng)中裝設(shè)減壓裝置削減多余水頭的自流供水方式。根據(jù)水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計規(guī)范DL/T5186-2004的規(guī)定，當(dāng)水力發(fā)電站進(jìn)口水頭在70-120米的范圍內(nèi)，宜采用自流減壓供水及其他供水方式。當(dāng)進(jìn)口水頭大于120米時，應(yīng)對技術(shù)供水方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。當(dāng)進(jìn)口水頭壓差較大時可以采取混合技術(shù)供水方式供水。自流減壓對于中高水頭的水電站來說是最為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)供水方式。其系統(tǒng)由濾水器與減壓閥，安全泄壓閥組成，原理是從壓力鋼管或者蝸殼上直接取水，通過濾水器過濾后進(jìn)入減壓閥，或者經(jīng)過減壓后進(jìn)入濾水器進(jìn)行過濾，經(jīng)過過濾的冷卻水以規(guī)定的壓力和流量進(jìn)入機(jī)組，對機(jī)組進(jìn)行冷卻。這種方式對于減壓閥的選擇尤為重要，穩(wěn)定可靠的減壓閥可以以極低的維護(hù)成本和勞動強(qiáng)度在相當(dāng)長的時間內(nèi)（8-12年）為機(jī)組提供穩(wěn)定可靠的冷卻水。盡管目前有專家指出在中高水頭水電站上，上游庫區(qū)的水用來冷卻而不是發(fā)電不符合經(jīng)濟(jì)運行的標(biāo)準(zhǔn)。但是從另外一個方面看，即使是對于裝機(jī)16MW的機(jī)組，用水量也不過是300m/h至400m/h，這種程度的用水量與水泵消耗的廠用電相比較應(yīng)該不算浪費，何況優(yōu)秀的減壓閥產(chǎn)品的維護(hù)量與故障率及更換周期更是水泵無法企及的。至少可以這樣認(rèn)為，機(jī)組的技術(shù)供水系統(tǒng)用水量用來發(fā)電更經(jīng)濟(jì)還是用來冷卻更經(jīng)濟(jì)是一個很難下定義的比較方式，但是自流減壓供水方式比較水泵加壓供水方式的低運行成本和維護(hù)費用及故障率低是毋庸置疑的。在機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)上選擇合適的減壓閥是非常重要的，技術(shù)供水系統(tǒng)上如果沒有根據(jù)電站實際運行條件和所選擇的減壓設(shè)備實際運行的工作環(huán)境來進(jìn)行選擇，則有可能造成重大的安全事故。紫坪鋪水電站位于四川省都江堰市,電站設(shè)計裝機(jī)規(guī)模為760MW,安裝4臺單機(jī)容量190MW（現(xiàn)為210MW）水輪發(fā)電機(jī)組，水頭變幅為68.4m132.76m。紫坪鋪電廠四臺機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥選用的是以色列膜片式減壓閥，閥門公稱直徑為DN350。3#、4#機(jī)組減壓閥于2005年10月份投入運行，2#機(jī)組減壓閥于2006年3月份投入運行，1#機(jī)組減壓閥于2006年5月底投入運行。2006年10月5日，發(fā)現(xiàn)3#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥動作異常，全開后無法關(guān)閉。聯(lián)系廠家人員于2006年11月份對3#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥進(jìn)行了拆卸檢修，發(fā)現(xiàn)減壓閥閥桿斷裂、中心導(dǎo)向爪損壞、閥座脫落，經(jīng)更換損壞部件回裝后工作正常。2007年11月6日，發(fā)現(xiàn)4#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥無法正常工作。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)減壓閥閥桿已斷裂、橡膠隔膜已損壞、導(dǎo)向爪已損壞、閥座已脫落。將檢修泵技術(shù)改造更換下來的水力控制閥部件拆下，對減壓閥損壞部件進(jìn)行更換后，減壓閥工作正常。2007年11月14日，發(fā)現(xiàn)2#機(jī)組減壓閥強(qiáng)烈振動、工作異常，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)2#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥出現(xiàn)類似3#、4#機(jī)組損壞情況。在機(jī)組投運后不到兩年時間，先后有3臺機(jī)組減壓閥出現(xiàn)基本情況相同的損壞。減壓閥損壞后，造成技術(shù)供水管路水壓失控，水壓異常升高，對空冷器，上導(dǎo)、推力、水導(dǎo)油槽冷卻器構(gòu)成極大危害，造成冷卻器銅管爆裂。斷裂的導(dǎo)向爪和螺栓被沖入機(jī)組技術(shù)供水管路中，至今無法尋找，在技術(shù)供水管路中產(chǎn)生磨損和碰撞，引起管路內(nèi)噪音和破裂噴水的嚴(yán)重后患。更換新的備件投運時間不久又損壞，這樣將導(dǎo)致技術(shù)供水管路內(nèi)的損壞件堆積，引起管路堵塞，機(jī)組各部冷卻水壓降低或消失，引起機(jī)組軸承溫度升高，最后造成機(jī)組被迫停機(jī)的事故發(fā)生。國外這種膜片差壓式減壓閥工況在中高水頭工況下運行的極不穩(wěn)定性，導(dǎo)致了電廠停機(jī)經(jīng)常發(fā)生的后果。2008年4月26日晚8時，第一臺ZJY46H-16C DN350減壓閥在紫坪鋪電站的3#機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)投入試運行。即時工況為：P1為1.00 MPa；P2為0.35MPa。機(jī)組后各用水點壓力表指示平穩(wěn)，減壓閥只聽到水流聲，無異常噪音。運行一小時后，我們和廠家對減壓閥進(jìn)行了相關(guān)測試，結(jié)果如下：1、反饋系統(tǒng)切換：切換時P2無壓力波動;2、調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)控制閥，P2調(diào)節(jié)范圍在0.250.55MPa，調(diào)節(jié)反應(yīng)靈敏；3、關(guān)閉減壓閥后的閥門，P2升高至0.40MPa停止，打開減壓閥后的閥門，P2回復(fù)至0.35MPa；4、流量與減壓閥過流面積：電磁流量計顯示為1100m3/h，此時主閥過流面積為17357mm2（最大過流面積53092mm2），只占最大過流面積的32%，還有充分的過流量。計算出過流孔流速為17.6m/s。與我們的分析數(shù)據(jù)相關(guān)不大。至2008年10月止，紫坪鋪電站全部機(jī)組的技術(shù)供水系統(tǒng)全部改造完畢。” 節(jié)選自紫坪鋪電廠機(jī)組自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥的改造 作者：紫坪鋪水力發(fā)電廠 李興全 虎勇4、中間水池：根據(jù)水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計規(guī)范DL/T5186-2004的規(guī)定，在布置條件允許，且經(jīng)濟(jì)合理時，可選用中間水池方式。中間水池的方式對于水電站的周邊環(huán)境要求比較苛刻，中間水池來源有多種，山溪水或壓力水，由中間水池通過鋼管對機(jī)組進(jìn)行自流供水。中間水池要求地基比較均勻，其對地基的不勻稱沉陷比較敏感。若在濕陷性地基上或不均勻地基上建造大容量水池時，須對地基按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行處理并對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，以便提高地基的均勻性和水池抗不均勻變形的能力，以免使池體產(chǎn)生裂縫，池內(nèi)的水通過裂縫滲透到地基土中。浸水的地基在外負(fù)荷及自重作用下產(chǎn)生附加濕陷變形，加劇了地基不均勻沉降，同時也加快了水池的破壞。在2008年5月12日的地震中，位于震中不遠(yuǎn)的紫坪鋪電站因為地震造成大壩沉降15cm，廠房及辦公生活區(qū)的建筑都大面積出現(xiàn)墻體開裂的情況下，系統(tǒng)管道仍然保持完好，管道上的各個閥門和設(shè)備都沒有出現(xiàn)問題。不難看出，中間水池對環(huán)境要求比較高，尤其在川西北地質(zhì)運動比較頻繁，山體結(jié)構(gòu)比較脆弱的地區(qū)，修建中間水池不宜作為技術(shù)供水的首選方式。ZJY46H型減壓閥在寶珠寺（H=104，N=175MW4），二灘（壩前取水，H=189，N=6550MW），天生橋一級（H=143，N=300MW4），天生橋二級（H=220，N=220MW6）等中大型電站的使用壽命均已超過10年，一直穩(wěn)定可靠。而其減壓閥本身具備有防止水中雜質(zhì)引發(fā)的堵塞的反沖排污裝置，和防止減壓閥因為意外損壞時高壓水進(jìn)入機(jī)組的內(nèi)鎖定系統(tǒng)，具有極高的性價比。所以松潘縣的燕云電站（H=120M，N=28MW）；鎮(zhèn)江關(guān)電站（H=102M，N=214MW）；紅土電站（H=188.5M，N=216MW）在選擇優(yōu)秀的減壓裝置前提下，是適合采用最為經(jīng)濟(jì)的自流減壓供水方式的。