何 軍， 王 超 智， 楊 登 兵， 葉 瑞 文

(四川大川電力有限公司，四川 雅安 625605)

1 電站及機(jī)組原技術(shù)供水系統(tǒng)概況

大川電廠位于四川省蘆山縣大川鎮(zhèn)，共有5座水電站，其中3座水電站水輪機(jī)為混流式水輪機(jī)。這3座水電站的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 各水電站及水輪發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)表

水輪發(fā)電機(jī)組技改前技術(shù)供水系統(tǒng)由壓力鋼管取水、降壓過濾、清水池、循環(huán)泵和供水管道及尾水冷卻器等組成，以中咀水電站1號(hào)機(jī)組為例，技術(shù)供水系統(tǒng)如圖1所示。

技術(shù)供水系統(tǒng)采用3臺(tái)型號(hào)為200ZXW250-40的自吸自控式循環(huán)泵并聯(lián)安裝作為加壓設(shè)備，水泵配用電機(jī)功率為75 kW，水泵額定流量為250 m3/h，額定揚(yáng)程為40 m。兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)循環(huán)泵供同時(shí)運(yùn)行供機(jī)組冷卻水，運(yùn)行16小時(shí)后將其中一臺(tái)切至備用，并啟用第三臺(tái)循環(huán)泵，備用8小時(shí)后進(jìn)行一次切換，以此進(jìn)行循環(huán)水泵輪換。只有一臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，則啟動(dòng)1臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行，另外2臺(tái)循環(huán)泵作為備作，以8小時(shí)為周期依次進(jìn)行輪換運(yùn)行。機(jī)組技術(shù)供水總管直徑為DN200，壓力一般保持0.3MPa，流量250 m3/h。

2 頂蓋水作機(jī)組技術(shù)供水的可行性

2.1 頂蓋水的作用

頂蓋水為混流式水輪機(jī)輪轉(zhuǎn)上止漏環(huán)梳齒密封漏水，為減輕轉(zhuǎn)輪的軸向水推力，降低機(jī)組推力軸承的載荷，這部分漏水必須從頂蓋排走。在正常運(yùn)行時(shí)這部分水沒有做功，是水輪機(jī)效率損失的一部分。

大川電廠6臺(tái)混流式水輪機(jī)的頂蓋上，均設(shè)有四根Dg65的排水管，將頂蓋水引到機(jī)墩內(nèi)預(yù)埋排水管匯流后從廠房尾水處排至下游。

2.2 頂蓋水相關(guān)參數(shù)與原技術(shù)供水參數(shù)的比較

(1)頂蓋水是經(jīng)過轉(zhuǎn)輪上止漏環(huán)梳齒過濾過的水，其水質(zhì)明顯好于直接取自壓力鋼管的水源。直接取自壓力鋼管的水源，中間經(jīng)過濾水器過濾，其過濾精度為3 mm,低于3 mm的雜質(zhì)通過濾網(wǎng)進(jìn)入清水池，最后進(jìn)入技術(shù)供水管網(wǎng)，在冷卻器銅管內(nèi)容易沉積，堵塞管道。而取自頂蓋的水，因上止漏環(huán)的間隙為0.9～1.2 mm，其過濾精度明顯優(yōu)于濾水器。所以，頂蓋取水的水質(zhì)更好。

(2)頂蓋水壓力可達(dá)到0.2～0.3 MPa，接近于原利用技術(shù)供水泵系統(tǒng)供水總管的壓力。

(3)頂蓋水正常排水量為300 m3/h，大于機(jī)組技術(shù)供水所需流量。

綜上所述，機(jī)組頂蓋水從水質(zhì)、壓力、流量等方面均滿足給機(jī)組提供技術(shù)供水的條件。

圖1 技改前水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)圖

2.3 頂蓋水引接的條件及可能產(chǎn)生的后果

(1)頂蓋排水管離機(jī)組技術(shù)供水總管很近，從頂蓋出水到機(jī)組技術(shù)供水總管僅一墻之隔，雖墻體為機(jī)組構(gòu)筑物，不能進(jìn)行打孔作業(yè)，但可從水輪機(jī)室進(jìn)人門處繞行，長度為3.5米，引接方便，無障礙，引接后不會(huì)帶來負(fù)面的影響。

(2)改造后可能產(chǎn)生的后果及應(yīng)對措施：一是改造后排水不暢，將引起頂蓋水壓力增大，從而增加軸向推力，加大推力軸承的負(fù)荷，引起推力軸瓦溫度升高，甚至燒瓦。應(yīng)對措施是保留原頂蓋排水管，并增設(shè)調(diào)節(jié)閥門，當(dāng)頂蓋水壓力超過正常排水壓力(0.3 MPa)時(shí)，開啟頂蓋水排水調(diào)節(jié)閥，排水降壓，確保機(jī)組推力軸承正常運(yùn)行。同時(shí)，停用頂蓋水供水系統(tǒng)，查明原因。二是當(dāng)上游來水泥砂含量高引起水質(zhì)惡化時(shí)，停用頂蓋水供水系統(tǒng)，開啟原循環(huán)泵供水系統(tǒng)，對系統(tǒng)進(jìn)行反沖，保證機(jī)組技術(shù)供水的正常運(yùn)行。

3 頂蓋水再利用系統(tǒng)改造方案

為了使頂蓋漏水得到再利用，制定改造方案如下：

(1)增設(shè)頂蓋排水匯流管。將原頂蓋排水在水輪機(jī)室進(jìn)行匯流，具體做法是在水輪機(jī)室內(nèi)蝸殼上沿做一DN200環(huán)形管，環(huán)形管水平布置，下方分別與原頂蓋排水Dg65管連接，將頂蓋水進(jìn)行起匯流、緩沖、穩(wěn)壓作用。環(huán)管采用DN200鋼管焊接，與頂蓋水排水管采用焊接方式連接。

(2)引水管水流及水壓控制和監(jiān)測。引水管采用DN200鋼管焊接，總控制閥采用型號(hào)為D371H-16C的法蘭對夾蝶閥，在引水管上安裝一只量程為1.0 MPa的壓力表，并配DN15表閥，用作壓力監(jiān)視用。

(3)與原技術(shù)供水系統(tǒng)連接：在水車室頂蓋排水匯流管上方焊接DN200鋼管，另一端在機(jī)組原技術(shù)供水系統(tǒng)總回水閥機(jī)組側(cè)管道處碰管，將頂蓋排水送到機(jī)組原總回水管再送到各冷卻器，吸收熱量后從尾水冷卻水器增設(shè)的排水閥處排至尾水。為了防止在洪水期水中泥砂含量太大磨損冷卻器銅管，原技術(shù)供水系統(tǒng)保留，作為備用。兩個(gè)系統(tǒng)接口采用焊接連接。

工藝要求：焊接后進(jìn)行管道試壓、清洗、刷漆工作。其中，試壓壓力為0.4 MPa，保持時(shí)間10分鐘，不得有滲漏。清洗工作要求：在試壓合格后，對管道按可能達(dá)到的最大壓力和流量進(jìn)行連續(xù)沖洗，直到出口處的水色和透明度與進(jìn)口處一致視為清洗完成。刷漆工作要求先進(jìn)行除銹，完成后刷紅丹防銹漆，再刷色漆。

系統(tǒng)如下圖所示：

圖2 頂蓋水再利用供水系統(tǒng)圖

4 頂蓋水用作機(jī)組技術(shù)供水運(yùn)行方式

(1)當(dāng)上游來水泥砂含量較低時(shí)，采用機(jī)組頂蓋水作為機(jī)組技術(shù)供水。全關(guān)“原技術(shù)供水管道”上總進(jìn)水閥門4及總出水閥5，退出循環(huán)水泵，同時(shí)，利用原頂蓋水排水閥1及排水閥3進(jìn)行機(jī)組冷卻水壓力及流量的調(diào)節(jié)，使流量及壓力滿足技術(shù)供水的要求。

(2)當(dāng)上游來水泥砂含量較大，對機(jī)組各冷卻器銅管有磨損風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則恢復(fù)頂蓋水正常排水，即全開“原頂蓋水排水閥1”，全關(guān)“排水閥3”，頂蓋水沿原管道系統(tǒng)排至尾水，同時(shí)，全開“原技術(shù)供水管道”上總進(jìn)水閥門4及總出水閥5，并啟動(dòng)循環(huán)泵，恢復(fù)原技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行。

(3)具體操作規(guī)程：

○1冷卻水由循環(huán)泵改為頂蓋供水的操作(以1F機(jī)組為例)

全關(guān)1號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉；

監(jiān)視1號(hào)機(jī)組負(fù)荷降低至0kW；

全關(guān)1號(hào)機(jī)組尾水冷卻器進(jìn)水閥1224；

全關(guān)1號(hào)機(jī)組尾水冷卻器出水閥1225；

全關(guān)1號(hào)機(jī)組冷卻水出水閥1218；

全開1號(hào)機(jī)組頂蓋供水總閥1219；

全開1號(hào)機(jī)組頂蓋冷卻水排水閥1220；

全關(guān)1號(hào)機(jī)組頂蓋排水閥1223；

調(diào)整1號(hào)機(jī)組頂蓋冷卻水排水閥1220開度來調(diào)整冷卻水壓力；

重新帶上1F、2F指定有功負(fù)荷。

○2冷卻水由頂蓋供水改為循環(huán)泵供水的操作(以1F機(jī)組為例)

a) 將1F機(jī)組有功負(fù)荷減至5%額定負(fù)荷；

b) 全開1F頂蓋排水閥1223;

c) 全關(guān)1F頂蓋供水閥1219;

d) 全關(guān)1F頂蓋冷卻水排水閥1220;

e) 全開1F冷卻水排水總閥1218;

f) 全開1號(hào)循環(huán)供水泵進(jìn)水閥0205;

g) 全開1號(hào)循環(huán)供水泵出水閥0208;

h) 啟動(dòng)1號(hào)循環(huán)技術(shù)供水泵;

i) 檢查循環(huán)供水泵總管壓力正常;

j) 檢查各導(dǎo)軸承冷卻水壓力正常;

k) 帶上指定的有功負(fù)荷；

系統(tǒng)倒換操作非常簡單，在頂蓋供水方式下，即使發(fā)生啟停機(jī)，也不需對技術(shù)供水系統(tǒng)再進(jìn)行操作，只要導(dǎo)葉打開，機(jī)組頂蓋有排水，則機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)就會(huì)有水流，確保機(jī)組安全運(yùn)行。可見，技改后基本無操作，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，無風(fēng)險(xiǎn)。

5 頂蓋水再利用的效果

5.1 安全性

頂蓋水再利用系統(tǒng)投運(yùn)后，進(jìn)行了各種負(fù)荷工況下的檢測，并抽取典型工況如100%、75%、50%、20%負(fù)荷下水壓及軸瓦溫度、發(fā)電機(jī)線圈及鐵芯溫度對比，機(jī)組各軸瓦溫度、發(fā)電機(jī)線圈及定子鐵芯溫度均滿足要求。大川電廠所處大川河流域，上游來水最小時(shí)，機(jī)組出力維持在20%左右，頂蓋水再利用系統(tǒng)仍能正常工作。通過試驗(yàn)證明：頂蓋水再利用系統(tǒng)除了在上游來水泥砂含量超標(biāo)時(shí)不能投運(yùn)，其余時(shí)間均可投入運(yùn)行。改造前以中咀電站1號(hào)機(jī)為例，各負(fù)荷工況下各點(diǎn)溫度(采用PT100測溫頭測量)如表2，改造后的情況如表3。

通過表2、表3的對比可見，技改后相同監(jiān)測點(diǎn)的溫度比技改前略有下降，機(jī)組運(yùn)行工況得到改善。主要原因是機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)進(jìn)水溫度降低了，原“清水池—循環(huán)泵”供水模式時(shí)，進(jìn)水溫度平均為10.2 ℃，而采用頂蓋水供技術(shù)用水時(shí)，其平均溫度約8.5 ℃。由于進(jìn)水溫度的降低，其換熱效果得到提高，所以各監(jiān)測點(diǎn)溫度略有下降。同時(shí)，測試數(shù)據(jù)也證明，技改后的系統(tǒng)完全能滿足機(jī)組的運(yùn)行要求。

表2 技改前各監(jiān)測點(diǎn)在各工況下的溫度值(單位：℃)

表3 技改后各監(jiān)測點(diǎn)在各工況下的溫度值(單位：℃)

5.2 經(jīng)濟(jì)性

大川電廠中咀、長石壩、佛山三電站頂蓋水再利用系統(tǒng)投運(yùn)一年以來的實(shí)踐證明該系統(tǒng)的節(jié)能降耗效果十分顯著。據(jù)一年來的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，三個(gè)電站因?yàn)橥Ｓ霉β蕿?5 kW的循環(huán)泵電機(jī)，一年下來，共節(jié)約廠用電1 576 800 kWh，廠用電率降低0.3%，增收48.8808萬元，同時(shí)，因?yàn)榇蠓葴p少了循環(huán)泵的運(yùn)行，降低了循環(huán)泵電機(jī)軸承的磨損，延長了軸承的使用壽命，減輕了維護(hù)工作量，節(jié)約成本約1.5萬元。技改項(xiàng)目總共產(chǎn)生節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益50.3808萬元，項(xiàng)目成本在一個(gè)年運(yùn)行周期即全部收回。另外，因?yàn)闇p少水泵維護(hù)工作量，相應(yīng)地減少了因水泵檢修帶來的檢修安全風(fēng)險(xiǎn)，在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)取得了良好的安全效益。

5.3 應(yīng)用前景

大川電廠在混流式機(jī)組頂蓋水再利用方面的探索性實(shí)踐取得了成功，為類似電站提供了參考樣板，若有條件的電站均實(shí)施頂蓋水再利用技改，在節(jié)能降耗方面將取得更大的成效，為實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)”目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前已推廣應(yīng)用到四川眾能電力公司的2個(gè)電站4臺(tái)機(jī)組上，同樣取得良好效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì) GBT 15468-2006《水輪機(jī)基本技術(shù)條件》 [S],北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社

作者簡介:

何 軍(1976-)，男，四川蘆山人，畢業(yè)于西安航空技術(shù)高等專科學(xué)校熱能工程專業(yè)，四川大川電力有限公司大川電廠生技部主任，工程師，從事水電生產(chǎn)安全運(yùn)行及設(shè)備管理工作；

王超智(1970-)，男，山西文水人，畢業(yè)于太原科技大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，四川大川電力有限公司副總經(jīng)理，工程師，從事電廠生產(chǎn)經(jīng)營管理工作；

楊登兵(1964-)，男，四川郫縣人，畢業(yè)于四川工業(yè)學(xué)院水機(jī)自動(dòng)化專業(yè)，四川大川電力有限公司副總工程師，助理工程師，從事水電生產(chǎn)管理工作；

葉瑞文(1969-)，男，四川金堂人，畢業(yè)于成都大學(xué)工商企業(yè)管理專業(yè)，四川大川電力有限公司生產(chǎn)技術(shù)部副經(jīng)理，助理工程師，從事水電生產(chǎn)管理工作.

(責(zé)任編輯：卓政昌)