水电站技术供水系统设计探析

赵文庆

（河北省涉县水利局，河北邯郸056400）

水电站技术供水系统设计探析

赵文庆

（河北省涉县水利局，河北邯郸056400）

水电站是主要的电能供应体之一，在我国经济、社会发展中发挥着重要作用。在水电站运行管理中，合理的技术供水系统设计不仅有利于实现电站节能减排的目标，还可提升电站的经济效益。本文将以某大型水电站为例，系统地分析水电站技术供水系统的优化设计途径，旨在提升水电站技术供水系统的运行效率及稳定性。

水电站；供水；设计

一般来说，水电站供水包含3个方面，即技术、消防以及生活供水。对于水电站而言，技术供水是主体，同时兼顾生活与消防用水，最终形成一个整体的供水系统。本文将结合某一个具体的水电站工程，就技术供水做出具体的分析探讨。

1 水电站技术供水系统基本设计、供水方式

某水电站作为大型水电站，在左右两岸都设置了厂房，厂房内部各装有770MW水轮发电机组，调节库容为64.6×108m3，水库的总库容为126.7× 108m3，水轮机最小水头154.6m，最大水头229.4m，额定水头197m。该水电站技术供水系统选择推导轴承油冷却器、水导轴承油冷水器、上导轴承油冷却器、空冷器以及主变油冷器提供冷却水，这样就为主轴密封以及调速器压油装置冷却器提供备用的水源，其用水量大约2400m3/h。

（1）基本原则。机组可靠性运行离不开技术供水，它是基本的辅助设备系统，只要技术供水中断或者出现无法满足用水需求的情况，机组的正常运行就得不到保障。所以，在选择技术供水方案的时候需要考虑3个因素：①机组需要满足安全性、稳定性要求；②本身操作的方便性以及维修的简便性；③满足投资少、经济合理性原则，确保设备布置的方便性［1］。

（2）供水方式的选择。在水电站水泵电机电源设计可靠性的要求之下，必须要落实水泵安全运行的各项指标。由于该水电站泥沙过大的时间主要集中在汛期的3个月，并且其泥沙粒径偏小，莫氏硬度超出5%的泥沙含量相对偏少，可能产生的叶轮磨损程度也非常有限，所以通过使用不锈钢叶轮就可以保证水泵供水的可靠性。在安全性得到保证的基础上，应选择经济性较好的射流泵以及减压阀的供水模式。所以，在该水电站的技术供水系统中使用水泵供水的方式，具体的供水系统如图1所示［2］。

2 水电站技术供水系统设计的改进

（1）相邻的机组技术供水作为相互之间的备用。作为转动设备，积水供水泵在实际运行环节难免会遇到停运等故障，所以，为了避免这类故障的发生，该水电站选择将3台相邻的机组技术供水单元相互连通，用作彼此的备用设备，具体以1、2、3F技术供水系统为例，如图2所示。3个机组在经过滤水器与离心泵之后，通过电动连通阀在供水干管上联通。如果1F技术供水的1、2号离心泵同时发生故障，就可以将滤水器出口阀门关闭，将2F所备用的离心泵开启，然后将1与2F的供水连通阀打开，将1F的1、2号滤水器出口阀门关闭，开启2F的备用离心泵，确保1与2F供水连通阀保持打开状态，这样就会把技术供水提供给1F，保证机组能够持续正常地运行下去［3］。

（2）正、反向倒换使用四通换向阀。该水电站在技术供水原本是通过4个阀门组成阀门的设计来实现正、反方向的倒换的，其中1、3为全开阀门，2、4为全关阀门，实现正向供水；2、4为全开阀门，1、3为全关阀门，实现反向供水，但是倒换的操作相对复杂。考虑到阀门本身的特性不同，且人员在操作阀门的时间与顺序方面都会存在差异，导致阀门组全部开放或者全部关闭的时间不一样，将会使系统产生较大的压力波动［4］。通过优化在该水电站选择四通换向阀来实现正、反的供水，其四通换向阀在技术供水中的正、反向倒换不仅操作简便，同时也能够保证系统的稳定性，具体如图3所示。

图1 技术供水简图

图2 1、2、3F机组供水联通示意图

（3）提供重要供水负荷的备用水源。主轴的密封装置是设置在水轮机的主轴与顶盖之间的，主要用于阻挡尾水管中的水，避免主轴与顶盖的间隙中溢出水。由于要利用带有压力的水实现密封，所以通过主轴密封的水是不能够中断的。按照水电站的重要性，该水电站的主要供水源为生活用水，机组的技术供水作为其备用供水源，这样才能避免因水泵停运发生顶盖漏水的现象，最终酿成淹水事故。考虑到一旦机组停机就可能出现倒挂厂用电运行，于是水电站将消防供水作为主变冷却备用水源。另外，一旦主变技术供水离心泵处出现故障，设备将无法继续正常运行，那么主变冷却水源可以选择消防水，使主变的正常安全运行得到保障［5］。

（4）智能化倒换工作。为了尽可能简化运行人员的实际操作，在技术供水方面，水电站可以将原本操作频次偏高的阀门改变成为电动阀门，并利用中控室来操作，这样就能大幅减少运行人员的工作量。如果供水泵、四通换向阀以及滤水器等需要定期倒换，就可以通过可编程序逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicControuer，简称PLC）完成定时倒换，以顺利实现智能化的定期倒换技术供水系统，为后续实现无人值班提供良好的基础条件［6］。

图3 正反向供水系统比较

（5）做好供水泵检修与维护的优化处理。对于技术供水离心泵的轴封，应选择密封性能良好的集装式机械，这样便于检查与维修，并且也拥有抗磨性能与防泥沙的能力，更换轴封的护套也更加方便。供水离心泵作为中开泵，在检查时也不需要从管道之中拆除泵，只需要打开泵的上盖，就可以调出叶轮，同时针对其他设备开展检修处理工作［7］。

（6）其他。对于机组的现地控制单元LCU（LocalControlUnit，简称LCU）而言，它跨越PLC设置了直接控制水泵的功能，一旦供水系统PLC出现故障，远方监控系统中的运行人员就可以启动或停止技术供水泵。换言之，控制命令能够跨越PLC，直接下到水泵的启停常规回路之上。对于取水口的拦污栅应选择防堵塞的顺水流条形结构，空冷器则选择下进下出的防泥沙冷却水形式［8］。

3 结语

总而言之，通过合理地选择供水方式并采用相应的技术供水系统，可以大幅度降低水电站技术供水系统的能耗，使得水电站的技术供水系统节能幅度达到50%～100%，取得的经济效益非常可观。但是，今后的供水系统设计还需进一步完善，致力于让水电站供水具备更强的稳定性与可靠性。本文以某大型水电站供水系统设计为例进行的探析也可以在今后同类型的水电站供水系统设计中得到借鉴与应用，对实际操作具有一定的指导意义。

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［3］王莲.北江清远水电站技术供水系统设计［J］.珠江现代建设，2012（03）：23-26.

［4］翁国平，方家祥，王正山.某小型水电站技术供水系统改造［J］.小水电，2011（06）：122-124.

［5］朱劲木，龙新平，张松波，等.水电站技术供水可调射流泵研究［J］.武汉大学学报（工学版），2014（06）：750-754+763.

［6］邹仉平，李军华.廖坊水电站供水系统取水改进方案分析［J］.水利技术监督，2007（03）：38-40.

［7］孙梅，吕智君.供水规划编制与实施过程中的相关问题探讨［J］.水利规划与设计，2013（04）：18-19+52.

［8］朱烨华.吐木秀克水电站技术供水系统设计［J］.水利规划与设计，2011（05）：77-79.

TV741

B

1672-2469（2015）12-0087-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.030

赵文庆（1971年—），男，高级工程师。