陳家春

(福州市水利水電規(guī)劃設(shè)計院，福建 福州 350001)

越南如桂2級水電站水力機械輔助系統(tǒng)設(shè)計及其環(huán)保排放處理系統(tǒng)

陳家春

(福州市水利水電規(guī)劃設(shè)計院，福建 福州 350001)

摘要：某些傳統(tǒng)的小水電輔助系統(tǒng)設(shè)計不夠注重自然環(huán)境的保護，從水電站生態(tài)文明的建設(shè)趨勢看，會給電站周邊及下游生態(tài)環(huán)境帶來不利影響。結(jié)合越南如桂2級水電站實際情況，綜合考慮機組運行可靠性、技術(shù)先進性和工程建設(shè)的經(jīng)濟性，既能滿足電站長期安全穩(wěn)定運行的要求，同時又能滿足當前的節(jié)能環(huán)保需要；另外對水力機械輔助系統(tǒng)設(shè)計也進行了探討和研究。圖1幅。

關(guān)鍵詞：水電站；水力機械；輔助系統(tǒng)；節(jié)能環(huán)保；設(shè)計

1電站概況

如桂2級水電站坐落在越南Ha Giang省, Meo Vac區(qū), Son Vi社區(qū),如桂河上。電站總裝機容量為52.8 MW，多年平均發(fā)電量217.55 GW·h。電站為徑流引水式，樞紐工程由大壩、引水系統(tǒng)、廠房、開關(guān)站組成。電站最大水頭63.68 m，額定水頭59.50 m，平均水頭61.92 m，最小水頭58.92 m，安裝2臺立軸混流式水輪發(fā)電機組。

2水力機械設(shè)備

2臺水輪機型號為HLD267—LJ—242，額定出力27.22 MW，額定流量49.92 m3/s，額定轉(zhuǎn)速272.7 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速531 r/min，吸出高度-2.5 m，水輪機安裝高程355.70 m。

2臺水輪發(fā)電機型號為SF26.4—22/4800，額定容量26.4 MW，額定電壓10.5 kV，額定電流1 814 A，額定功率因數(shù)0.80(滯后)，額定效率98%，頻率50 Hz，轉(zhuǎn)動慣量730 t·m2。發(fā)電機為立式懸掛式結(jié)構(gòu)，通風(fēng)冷卻方式為密閉雙路自循環(huán)的空氣冷卻，設(shè)有4只空氣冷卻器。

每臺水輪機蝸殼進口裝設(shè)3300KD741hX型液控重錘蝶閥，公稱直徑3.3 m，公稱壓力1.0 MPa，開啟時間60～90 s，關(guān)閉時間90～120 s。

每臺水輪機配1臺YWT—20000—16—S型蓄能式高油壓調(diào)速器，操作油壓16 MPa。調(diào)速器設(shè)置有氣囊式高壓油壓裝置(由回油箱、高壓齒輪油泵、氣囊式蓄能器、溢流閥及其他部件組成)，該裝置配有9個40 L氣囊式蓄能器，每個氣囊式蓄能器由氣囊和鋼瓶組成，安裝在油壓裝置的回油箱內(nèi)，可單獨卸下。

3水力機械輔助系統(tǒng)

3.1　冷卻供水系統(tǒng)

由于電站運行水頭適合直接供水，發(fā)電機上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水輪機水導(dǎo)軸承油冷卻器與發(fā)電機空冷器冷卻水采用單元自流供水方式。每臺機組進水蝶閥前壓力鋼管設(shè)置1個取水口，取水口設(shè)置固定攔污柵，并設(shè)壓縮空氣吹掃管。壓力鋼管取水經(jīng)過互為備用的2套并聯(lián)全自動濾水器及其相應(yīng)閥門組過濾后，供水至各用水對象。全自動濾水器具有自動清污功能，配有專用控制箱，能在就近或者遠端監(jiān)控其運行狀況，其電動排污閥的動作有差壓或者時間兩種控制方式，濾水器排污就近排至排水溝。電站單臺機組用水量約為280 m3/h。全自動濾水器型號為ZLSG—200B，公稱直徑DN200，最大過流量339 m3/h，公稱壓力1.0 MPa，配套電機功率0.84 kW。

3.2　消防供水系統(tǒng)

消防供水對象為廠區(qū)、開關(guān)站及廠房內(nèi)各層消防及發(fā)電機內(nèi)部消防，用水取自專用的消防水池。消防水池設(shè)在廠外，有效容積為120 m3。發(fā)電機、主變、透平及絕緣油庫均為自動水噴霧滅火，并設(shè)有雨淋閥裝置，消防監(jiān)視和滅火動作均由消防監(jiān)控系統(tǒng)自動進行。發(fā)電機水噴霧消防由消防監(jiān)控系統(tǒng)首先發(fā)出要求動作信號，后經(jīng)人工判斷確認后，手動動作。其余部位采用消防栓滅火，包括蝶閥層、蝸殼層、水輪機層、發(fā)電機層、安裝場及廠區(qū)消防。

3.3　排水系統(tǒng)

3.3.1檢修、滲漏排水系統(tǒng)

電站檢修排水主要有：尾水管、蝸殼及一部分壓力鋼管中的積水，以及上下游閘門漏水。電站檢修排水采用間接排水方式，每臺機組尾水管底部設(shè)有排水口和排水管，檢修時，尾水管積水經(jīng)底部排水管匯集至布置在2臺機組之間共用的檢修集水井，后通過檢修集水井上布置的2臺互為備用的立式離心泵排至下游尾水。尾水管底部排水管出水末端上設(shè)直埋式閘閥控制。檢修集水井內(nèi)設(shè)有水位傳感器，用于遠程控制水泵的啟停。蝸殼和壓力鋼管內(nèi)積水直接排至尾水管。檢修集水井上排水泵參數(shù)：型號ISG100—400A，流量63.5～109 m3/h，揚程40.5～46.5 m，配套功率22 kW。

廠房滲漏排水主要有：地下廠房內(nèi)建筑物滲漏水，機組蝸殼槽鋼排水和機組固定導(dǎo)葉排水。滲漏排水也采用間接排水方式，滲漏水集中排至滲漏集水井，再通過集水井上布置的2臺互為備用的立式離心泵排至下游尾水。滲漏集水井內(nèi)設(shè)有水位傳感器，用于遠程控制水泵的啟停。滲漏集水井上排水泵參數(shù)：型號ISG80—315，流量30～60 m3/h，揚程29～34 m，配套功率11 kW。

3.3.2事故緊急排水

在管路破裂，排水泵故障，甚至水淹廠房等事故情況下，為了保證及時有效地將廠房內(nèi)積水排出廠外，減少廠房損失，或者為處理事故贏得時間，電站另外設(shè)置了1臺移動式潛水泵作為緊急排水之用，水泵型號200WQ—540，排水量300 m3/h，設(shè)計揚程38 m，安放在廠房蝶閥層集水井上方。緊急事故使用時，水泵通過軟管及活接頭接至排水總管，從而把廠房積水排至下游尾水。

3.4　含油污水排放及處理系統(tǒng)

隨著人類生態(tài)文明日益發(fā)展，生態(tài)環(huán)境保護意識日漸增強，人們十分重視自然生態(tài)環(huán)境的保護和資源的回收利用。本電站中所有含油污水均通過管路收集到專門的油混水集水井，分為透平油混水集水井和絕緣油混水集水井。

透平油混水集水井污油水來源包含：機組主軸密封排水，機組頂蓋排水，機組機坑滲漏水，油處理室滲漏水和發(fā)電機消防排水。透平油混水集水井容量59.7 m3，由中間隔開，分成兩部分，進水側(cè)部分15.92 m3，另一側(cè)43.78 m3，中間設(shè)置1根橫“T”型連通管，在污油水進入一側(cè)集水井部分的連通管頂部封閉。由于油密度小于水密度及連通器原理，污油水靜置分層，且其下層水通過連通管底部流至另一側(cè)集水井部分，初步分離污油水。低含油污水被集中在集水井另一側(cè)，通過設(shè)置在集水井上的2臺互為備用的立式離心泵，將低含油污水抽至廠區(qū)內(nèi)專用的污油水處理裝置。污油水處理裝置主要由檢查井、沙油分離井、油分離井、活性碳濾油井、檢查井組成；通過該裝置可對水和油進一步分離，將分離出來滿足排放標準的污水排至下游尾水，從油分離井出來的油抽至廠區(qū)內(nèi)的污油車。排水標準要達到越南TCVN 5945：2005 Industrial waste water—Discharge standards(工業(yè)廢水—排放標準)的B類型，即礦物油含量最大容許濃度為5 mg/L，動植物油最大容許濃度為20 mg/L。

集水井進水側(cè)設(shè)置2臺互為備用的齒輪油泵，將集水井進水側(cè)部分的浮油抽至廠區(qū)內(nèi)的污油車。集水井兩側(cè)均設(shè)有液位傳感器，用于控制泵的啟停。污油車將被污染的油收集起來，統(tǒng)一回收利用。2臺立式離心泵參數(shù)：型號ISG65—200B，流量14～26 m3/h，揚程34.5～40 m，配套功率5.5 kW。2臺齒輪油泵參數(shù)：型號KCB—55，流量3.3 m3/h，壓力0.45 MPa，配套功率0.5 kW。

絕緣油混水集水井污油水來源為變壓器消防排水，同樣用透平油混水處理的方式回收油資源，分離滿足排放標準的污水排至下游尾水，絕緣油混水集水井容量為165 m3。

透平油污水排放及處理系統(tǒng)如下所示(見圖1)。

圖1透平油污水排放及處理系統(tǒng)示意

3.5　透平油系統(tǒng)

透平油庫及油處理室位于發(fā)電機層，用于機組上導(dǎo)、下導(dǎo)及水導(dǎo)軸承用油，調(diào)速器油壓裝置和進水閥操作用油的存儲、供排油和油處理。油處理室內(nèi)設(shè)置1只3 m3凈油桶和1只3 m3運行油桶，油桶上設(shè)有有機玻璃油位計。同時，通過出油管上壓力變送器，遠端監(jiān)控其油位。為滿足透平油的過濾處理，配置1臺ZJCQ—2型透平油過濾機，油處理量2 m3/h，壓力為0.15 MPa，配置1臺KCB—50型齒輪油泵，油處理量3 m3/h，壓力為0.45 MPa。全廠設(shè)DN50的供排油管路至各臺機組。機組各油槽及油壓設(shè)備上裝有活接頭和閥門，當機組需要供排油時，可將齒輪油泵用軟管與供排油總管連接操作。運行油桶內(nèi)的污油可通過透平油過濾機處理。

3.6　氣系統(tǒng)

空壓機室位于水輪機層，由于電站調(diào)速系統(tǒng)的用油壓力由調(diào)速器自帶的蓄能器提供，無需設(shè)置中壓氣系統(tǒng)，因此電站僅設(shè)置了低壓氣系統(tǒng)，用于機組制動用氣、檢修密封用氣和風(fēng)動工具吹掃用氣等。空壓機室設(shè)置2臺WF2/8型低壓空壓機，供氣量2.0 m3/min，2臺低壓儲氣罐，容積2.0 m3，工作壓力0.8 MPa。其中一個儲氣罐供機組制動、主軸密封供氣，另一個用于檢修供氣，2個儲氣罐供氣管用管路連通并設(shè)置止回閥，使得供檢修吹掃的氣罐可以為制動儲氣罐補氣，從而保證了制動供氣氣源的可靠性?？諌簷C的啟動和停機由儲氣罐和供氣干管上的壓力變送器信號反饋控制，實現(xiàn)對氣系統(tǒng)的控制、保護、報警等功能。

3.7　水力監(jiān)測系統(tǒng)

水力監(jiān)測系統(tǒng)分為全廠性監(jiān)測和機組段監(jiān)測。全廠性監(jiān)測有上、下游水位和進水口攔污柵前后壓力差。上游水位攔污柵壓差傳感器均設(shè)在電站首部，下游水位傳感器設(shè)在尾水檢修閘門外側(cè)，信號均傳至廠房中控室。機組段監(jiān)測包括蝸殼測流、蝸殼進口測壓、頂蓋測壓、導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間測壓、尾水管進口測壓、尾水管壓力脈動測壓、尾水管出口測壓。蝸殼測流由蝸殼內(nèi)外端口各一個測點通過流量差壓變送器信號反饋，其余測壓均由壓力傳感器信號反饋，統(tǒng)一輸送至中控室。尾水管壓力脈動和尾水管出口測壓儀表盤設(shè)置在蝶閥層，其余測壓儀表盤統(tǒng)一設(shè)置在蝸殼層。

4節(jié)能環(huán)保淺論

綜合考慮小水電水力機械輔助系統(tǒng)技術(shù)先進性、可靠性和工程建設(shè)的經(jīng)濟性，同時又能滿足電站長期安全穩(wěn)定運行及當前的環(huán)保要求，對如桂2級小型水電站的輔助系統(tǒng)設(shè)計在節(jié)能環(huán)保方面進行了部分探討和研究。

電站調(diào)速器采用帶高壓蓄能罐的形式，故當調(diào)速系統(tǒng)瞬時需要大量壓力油時，由蓄能器和油泵同時供油，可減少電機油泵的啟動次數(shù)；氣囊式蓄能器可以緩和沖擊，吸收脈動壓力和沖擊壓力，使調(diào)速系統(tǒng)壓力平衡，延長油泵使用壽命。而該調(diào)速器最主要的技術(shù)優(yōu)勢是保證了調(diào)速器油壓的自我配置，因此，電站省去了中壓氣系統(tǒng)，僅設(shè)置低壓氣系統(tǒng)，節(jié)省用氣管路及長期資源消耗。整個調(diào)速系統(tǒng)在滿足電站需要的同時，優(yōu)化了工程設(shè)計，既有其技術(shù)先進性又達到了節(jié)能環(huán)保的技術(shù)要求。

電站滲漏排水系統(tǒng)進行了拆分處理，含油污水部分通過污油水集水井和污油水處理系統(tǒng)兩步分離，排水達到排放標準后才排至下游尾水，同時回收部分電站用油。整個滲漏排水系統(tǒng)充分回收再利用了電站的用油資源，并保證了滲漏排水系統(tǒng)的達標排放，從而更好地保護電站周邊及下游生態(tài)環(huán)境。從電站建設(shè)經(jīng)濟性考慮，集水井為滲漏部分拆分而來，并未大面積增加用地，僅增加部分小型設(shè)備及管路，占用電站的資金比例非常小，但其產(chǎn)生的環(huán)境效益卻非常明顯。

縱觀國內(nèi)已建成的小型水電站輔助系統(tǒng)，包括傳統(tǒng)的機電設(shè)計手冊，大部分均未對電站油污水的排放做排前處理，沒有設(shè)計專門的含油污水處理系統(tǒng)。我國雖有污水綜合排放標準(GB 8978—1996)，但在傳統(tǒng)的小型水電站設(shè)計建設(shè)中卻未引起重視，更未按標準對電站含油污水進行排放處理設(shè)計，這對電站周邊環(huán)境及下游自然生態(tài)資源造成長期的不利影響。

水是生命的源泉,含油污水難以降解，嚴重污染水質(zhì)，會直接或間接毒害水生物。油類密度比水小，容易在水面形成油膜，阻止空氣中的氧溶解于水，減少了水中的溶解氧，致使水生動物因缺氧而死亡。油膜吸收光線，影響河流中浮游植物的光合作用；眾所周知，浮游植物處于河流食物鏈的最底層，浮游植物數(shù)量的減少自然會引起食物鏈中其他更高環(huán)節(jié)上的生物數(shù)量的相應(yīng)減少，這樣就導(dǎo)致了整個河流生物群落的衰退。另外，浮游植物又是河流中氧氣的主要供應(yīng)者，所以河水中溶解氧的含量也將隨之而降低，而一些厭氧的種群增殖，好氧的生物則進一步衰減，惡性循環(huán)，最終結(jié)果是導(dǎo)致河流生態(tài)平衡的失調(diào)。

由于灌溉及家畜用水等原因，長久的水污染會直接造成下游沿岸土壤及農(nóng)作物污染。土壤的截留和吸附作用可使油殘存于土壤表層,造成土壤理化性狀變化，影響生物生長,甚至導(dǎo)致其死亡。油粘附于植物體表,阻斷植物的光線需求，也可使植物枯萎死亡；而農(nóng)作物的污染及牲畜用水，又促進沿岸動物及家畜、家禽和人體內(nèi)有毒物質(zhì)的聚集, 危及整個下游沿岸食物鏈的安全，影響人的健康。

因此，在當前我國積極倡導(dǎo)生態(tài)文明建設(shè)的大好形勢下，且新修訂的《環(huán)境保護法》也于2015年1月1日起實施，我國小型水電站的設(shè)計建設(shè)也應(yīng)當在環(huán)保節(jié)能方面提出更高的要求，為保護水利資源及水生態(tài)環(huán)境的建設(shè)做出更大的努力。建議國內(nèi)小水電的設(shè)計建設(shè)，特別是在近期大面積的電站增效擴容改造中，應(yīng)加入油污水排放處理的設(shè)計建設(shè)要求；而即將在全國開展的農(nóng)村水電站安全生產(chǎn)標準化建設(shè)中，水電站的排放處理系統(tǒng)更應(yīng)該納入其考核范圍。

5結(jié)語

如桂2級小型水電站輔助系統(tǒng)設(shè)計在滿足電站水力機械設(shè)備需要的同時，在節(jié)能環(huán)保方面也進行了一些有益的嘗試，對電站周邊及下游環(huán)境也有一定的環(huán)境效益和生態(tài)效益。

參考文獻：

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責任編輯吳昊

作者簡介：陳家春(1979-)，男，工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作。E_mail:8018453@qq.com

收稿日期：2015-08-11