全風(fēng)云，唐 健，胡志平，張才軍

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司運(yùn)維檢修部，湖北省羅田縣 438600）

抽水蓄能電站地下廠房水冷空調(diào)系統(tǒng)改造

全風(fēng)云，唐 健，胡志平，張才軍

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司運(yùn)維檢修部，湖北省羅田縣 438600）

通過對(duì)某抽水蓄能電站地下廠房水冷空調(diào)系統(tǒng)的研究，利用現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)地下廠房水冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并通過熱量計(jì)算，驗(yàn)證了改造的可行性。以某抽水蓄能電站下水庫深層水（水面以下50m水溫常年保持約9℃）替代原由冷水機(jī)產(chǎn)生的冷凍水作為地下廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)制冷劑，較好滿足了設(shè)計(jì)要求及實(shí)際需要，不但全面增強(qiáng)了地下廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，還大幅降低了該系統(tǒng)運(yùn)行成本。

水冷空調(diào)；抽水蓄能電站；溫度；通風(fēng)空調(diào)

0 引言

某抽水蓄能電站裝設(shè)4臺(tái)300MW單級(jí)混流可逆式水泵水輪發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，年均發(fā)電量9.67億kWh，年抽水電量12.89億kWh，屬日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。電站以一回500kV輸電線路接入黃岡大吉變電站，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。

目前，國(guó)內(nèi)水電站大多采用水冷空調(diào)，其工作原理為：以冷凍水為制冷劑，經(jīng)組合式空氣處理器向廠方區(qū)域輸送冷風(fēng)實(shí)現(xiàn)廠房制冷降溫，制冷后的冷凍水經(jīng)增壓系統(tǒng)回到螺桿泵式冷水機(jī)組，由冷卻水進(jìn)行冷卻處理，重新成為制冷劑循環(huán)利用方式[1-2]。自2010年12月27日投入商業(yè)運(yùn)行以來，某抽水蓄能電站地下廠房主空調(diào)系統(tǒng)的螺桿泵式冷水機(jī)組設(shè)計(jì)正常運(yùn)行條件與實(shí)際環(huán)境偏差較大，致使冷水機(jī)組無法正常運(yùn)行。長(zhǎng)期非正常工況運(yùn)行加速冷水機(jī)組老化，導(dǎo)致冷水機(jī)組運(yùn)行工況較差，運(yùn)行效率較低，機(jī)組故障率較高。

本文將對(duì)抽水蓄能電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)送風(fēng)方式進(jìn)行介紹，通過熱力學(xué)第一定律和熱量計(jì)算公式，計(jì)算分析滿足地下廠房空氣溫度變化的條件，探討改造水冷空調(diào)系統(tǒng)的方法。

1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)概況

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要是為了解決廠房的通風(fēng)、各個(gè)房間的溫度和濕度調(diào)節(jié)、設(shè)備降溫、廢臭氣排除以及消防滅火后的煙氣排除，以保障廠房有良好的工作環(huán)境[3-6]。

1.1 通風(fēng)方式

某抽水蓄能電站采用集結(jié)進(jìn)風(fēng)和自然進(jìn)風(fēng)方式，由進(jìn)廠交通洞進(jìn)風(fēng)，新風(fēng)分四路，一路經(jīng)主廠房洞空調(diào)室通過送風(fēng)豎井引至主廠房拱頂，下送至發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)層，經(jīng)母線層、水泵水輪機(jī)層、母線洞重復(fù)使用后經(jīng)5號(hào)支洞排至廠外；一路直接引到主變壓器運(yùn)輸?shù)溃?jīng)主變壓器室及電纜層使用后經(jīng)5號(hào)支洞排至廠外；一路直接引到球閥室，使用后排至廠外；另一路直接引到尾水閘門廊道使用后經(jīng)5號(hào)支洞排至廠外。

1.2 通風(fēng)空調(diào)設(shè)備及布置

某抽水蓄能電站通風(fēng)空調(diào)設(shè)備包括1個(gè)主廠房空調(diào)系統(tǒng)、10個(gè)單獨(dú)排風(fēng)系統(tǒng)、4個(gè)廠內(nèi)輔助通風(fēng)系統(tǒng)、1個(gè)單元式空調(diào)系統(tǒng)、2個(gè)防排煙系統(tǒng)以及1個(gè)廠內(nèi)除濕系統(tǒng)。其中主廠房空調(diào)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)主廠房各層進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，排風(fēng)經(jīng)母線洞重復(fù)使用后排出廠外。

主廠房空調(diào)室設(shè)在高程56.500m主廠房安裝場(chǎng)右端主空調(diào)室內(nèi)。φ250空調(diào)冷卻供水管由下水庫經(jīng)水泵引來，排到72.000m高程排水廊道，3臺(tái)冷卻水泵設(shè)在安裝場(chǎng)下面水輪機(jī)層端頭，空調(diào)冷卻供水管路上設(shè)濾水器、自動(dòng)反沖電子水處理儀、緩開快閉止回閥等。由于下水庫最低水位為92.000m，φ32冷凍循環(huán)補(bǔ)水管直接從水泵前引水。主空調(diào)室內(nèi)設(shè)3臺(tái)冷凍水泵，2臺(tái)組合式空氣處理機(jī)。230000m3/h新風(fēng)處理后通過風(fēng)道及風(fēng)管直接送到主廠房拱頂，通過設(shè)在主廠房拱頂?shù)乃惋L(fēng)口向發(fā)電機(jī)層送風(fēng)，送風(fēng)口管上安裝有防火閥。

1.3 主設(shè)備參數(shù)介紹

（1）螺桿冷水機(jī)組采用上海一冷開利空調(diào)設(shè)備有限公司30HXC300A，其參數(shù)見表1。

表1 螺桿冷水機(jī)組30HXC300A參數(shù)

（2）組合式空調(diào)機(jī)組39CBF3438，其參數(shù)見表2。

表2 組合式空調(diào)機(jī)組39CBF3438參數(shù)

（3）冷卻及冷凍水泵，其參數(shù)見表3。

表3 冷卻及冷凍水泵參數(shù)

2 存在的問題

某抽水蓄能電站地下廠房主通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原設(shè)計(jì)由螺桿式冷水機(jī)組、組合式空氣處理器、冷卻水供水系統(tǒng)、冷凍水增壓系統(tǒng)等構(gòu)成。主空調(diào)系統(tǒng)基本原理為：以冷水機(jī)產(chǎn)生的冷凍水為制冷劑，經(jīng)空氣處理器熱交換處理，向地下廠房輸送冷風(fēng)，熱交換后的冷凍水再經(jīng)增壓系統(tǒng)回送冷水機(jī)進(jìn)行冷卻處理，重新成為制冷劑循環(huán)利用。

由于該冷水機(jī)設(shè)計(jì)正常運(yùn)行條件與實(shí)際環(huán)境偏差較大，冷水機(jī)正常啟動(dòng)要求冷卻水溫高于20℃，而電站實(shí)際冷卻水水溫約為9℃，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求，致使冷水機(jī)無法正常運(yùn)行，需要通過人為干預(yù)、手動(dòng)調(diào)整冷卻水進(jìn)水量，啟動(dòng)冷水機(jī)運(yùn)行制冷。由此，使該系統(tǒng)無法自動(dòng)正常運(yùn)行，長(zhǎng)期非正常工況運(yùn)行加速冷水機(jī)老化，且運(yùn)行工況較差，冷水機(jī)運(yùn)行效率較低，故障率較高。為此，對(duì)地下廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)尤為必要。

3 改造及應(yīng)用

3.1 改造思路

地下廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)制冷劑經(jīng)空氣處理器熱交換后，需回送冷水機(jī)由冷卻水進(jìn)行冷卻，冷卻水取自電站下水庫深層，常年恒溫約9℃。而經(jīng)冷水機(jī)處理后的制冷劑水溫約為7℃，兩者溫度基本接近。根據(jù)熱力學(xué)能量守恒定律可知：空氣溫度下降釋放的能量等于冷卻水吸收的能量[7]。

由熱能計(jì)算公式可知：

式中Q——能量；

C——比熱容；

M——質(zhì)量；

?t——溫度差。

新風(fēng)的能量計(jì)算公式：

其中把空氣視為理想氣體時(shí)，空氣比熱容為1.4×103J，空氣密度為1.29kg/m3，處理新風(fēng)量為230000m3/h。

冷卻水的能量計(jì)算公式：

其中水的比熱容為4.2×103J，水的密度為1.0×103kg/m3，水的流量為 190m3/h。

根據(jù)能量守恒定律可知：

計(jì)算得出 ?t空氣≈2?t水

通過計(jì)算可知溫度在9℃的冷卻水與7℃的冷凍水溫度相差僅2℃，在能量上完全滿足某抽水蓄能電站地下廠房空氣溫度處理能力。并且電站冷卻水和冷凍水在水質(zhì)上經(jīng)專業(yè)檢驗(yàn)完全滿足水冷空調(diào)水質(zhì)的要求，所以可以考慮直接將下水庫深層水作為制冷劑接入空氣處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠區(qū)域的制冷調(diào)節(jié)，并將熱交換處理完畢后的制冷劑直接排出廠房。這樣就可取消原設(shè)計(jì)冷凍水環(huán)節(jié)，冷水機(jī)無需運(yùn)行，原設(shè)計(jì)通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 原設(shè)計(jì)示意圖

3.2 改造實(shí)施

（1）管路改造。

連接通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)冷卻水進(jìn)水總管與冷水機(jī)組冷凍水供水總管，以取自下水庫深層的恒溫冷卻水直接作為制冷劑制冷（替代原設(shè)計(jì)由冷水機(jī)產(chǎn)生的冷凍水制冷）；連接冷凍水回水總管與冷卻水排水總管，以將熱交換后的制冷劑直接排出廠房，并在新增的連接管中間安裝一只手動(dòng)蝶閥，以在特殊情況下通過關(guān)閉該閥門恢復(fù)原設(shè)計(jì)功能。

（2）加裝水過濾器。

在冷卻水進(jìn)水總管前段安裝一臺(tái)濾水器（精度0.8mm，壓損＜0.03 MPa），用于保證冷卻水水質(zhì)要求。

（3）改造后通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)示意圖見圖2。

(4）運(yùn)行模式切換。

圖2 改造后示意圖（紅色部分為改造新增設(shè)備）

改造后，見圖2，關(guān)閉黃色框左邊所有閥門（冷水機(jī)停止運(yùn)行），打開黃色框內(nèi)兩個(gè)新增閥門，按新流程執(zhí)行。

特殊情況下，如需恢復(fù)原設(shè)計(jì)運(yùn)行模式，可關(guān)閉黃色框內(nèi)新增閥門，再開啟相關(guān)閥門按原冷水機(jī)組啟停流程執(zhí)行。

4 改造效果

某抽水蓄能電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)改造后，經(jīng)過近一年時(shí)間的運(yùn)行，廠房各區(qū)域制冷情況基本接近改造前效果（詳見表4），環(huán)境溫度控制能夠滿足設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)要求。

表4 改造前后溫度數(shù)據(jù)

該項(xiàng)目的成功實(shí)施可產(chǎn)生較大的節(jié)能減耗效益，電站配置有2臺(tái)30HXC300A型螺桿冷水機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組額定功率為212kW，若每年按6個(gè)月有效運(yùn)行時(shí)間計(jì)算，可節(jié)約用電：2×212×180×24=1831680 kWh/年，直接經(jīng)濟(jì)效益每年可節(jié)約電費(fèi)120萬元。

對(duì)于同類抽水蓄能電站（冷卻水溫10℃±2℃），若在設(shè)計(jì)階段即進(jìn)行優(yōu)化，可節(jié)約設(shè)備采購?fù)度爰s120萬元（按2臺(tái)配置設(shè)計(jì)，某抽水蓄能電站冷水機(jī)2007年采購單價(jià)約60萬元）。

5 結(jié)束語

抽水蓄能電站多為地下式廠房結(jié)構(gòu)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地下式廠房調(diào)節(jié)環(huán)境必不可少的系統(tǒng)，其發(fā)展也在不斷推進(jìn)，通過水冷空調(diào)系統(tǒng)的改造，抽水蓄能電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)不僅取得經(jīng)濟(jì)上的效益，同時(shí)可以為已投運(yùn)的電站提供改造的思路，也可為后續(xù)項(xiàng)目?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒，節(jié)約建設(shè)投資，減少運(yùn)行期間電能消耗，減小安裝及后續(xù)運(yùn)維的工作量。

[1] 朱西華，潘公瑾.冰漿蓄冷應(yīng)用于水冷空調(diào)機(jī)組冷卻水系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析［J］.制冷，2007，26（3）：69-71.

[2] 蘇宇貴，鮑士雄.一種新型高效、節(jié)能水冷空調(diào)機(jī)組的工程應(yīng)用［J］. 制冷，1998，70-72.

[3] 全風(fēng)云，王坤杰.降低抽水蓄能電站綜合廠用電量的方法探討//中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)電網(wǎng)調(diào)峰與抽水蓄能專業(yè)委員會(huì).抽水蓄能電站工程建設(shè)文集2013.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[4] 李輝.十三陵地下水電站交通洞通風(fēng)換熱效果實(shí)測(cè)及理論分析［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2009.

[5] 劉廣恩.溪洛渡水電站空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性分析［J］.水利水電技術(shù)，2013.

[6] 杜釗，李初輝.淺析向家壩水電站通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)［J］.水電站機(jī)電技術(shù)，2012.

全風(fēng)云（1982—），男，碩士，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站運(yùn)維管理。E-mail：qfy.116@163.com.cn

唐 健（1962—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師,主要研究方向:抽水蓄能電站管理。

胡志平（1978—），男，工程師，主要研究方向:抽水蓄能電站運(yùn)維管理。

張才軍（1968—），男，工程師，主要研究方向:抽水蓄能電站運(yùn)維管理。

The Transformation of Water-cooled Airconditioning System in Pumped-storage Power Plant Underground Powerhouse

QUAN Fengyun, TANG Jian , HU Zhiping, ZHANG Caijun
(Hubei Bailianhe Pumped Storage Power Co.,Ltd.,Luotian 438600,China)

Through the study of a pumped-storage power station underground powerhouse water-cooled air-conditioning system,underground powerhouse water-cooled air-conditioning system has been modified by use of existing equipment. And by calorie counting,the feasibility transformation has been verified.The pumped-storage reservoir deep water (water temperatures at 50m below surface always keeps about 9℃)replaces chilled,better meeting the design requirements and actual needs, which not only fully enhances the underground powerhouse ventilation and air conditioning system reliability,but also signi fi cantly reduces the operating costs of the system.

Water-cooled air-conditioning system； pumpedstorage power plant；Temperature；Ventilation and air conditioning