李鵬，孔衛(wèi)起

（黃河水利水電開發(fā)總公司運行部，河南濟源 459017）

小浪底電站技術(shù)供水系統(tǒng)運行實踐

李鵬，孔衛(wèi)起

（黃河水利水電開發(fā)總公司運行部，河南濟源 459017）

鑒于黃河多泥沙的特點，小浪底電站技術(shù)供水系統(tǒng)在設(shè)計上采用了蝸殼水、清水2種水源。清水系統(tǒng)存在回水泵房安全性低、回水泵抽水能力不足、水源供水能力不足的問題。隨著小浪底水庫的逐漸淤積，技術(shù)供水各部冷卻器均有不同程度的泥沙淤積，通過采用混合供水、降低流量等措施保證了當前水沙條件下各冷卻器不淤積。

技術(shù)供水；清水；水源不足；泥沙淤積

小浪底電站位于河南洛陽市以北40 km黃河中游最后一段峽谷出口處，地下廠房共裝設(shè)6臺300 MW的混流式水輪發(fā)電機組。黃河中游流經(jīng)黃土高原，水土流失嚴重，汛期過機含沙量高達60 kg/m3，而非汛期基本為清水發(fā)電[1]，由此決定了小浪底電站的技術(shù)供水必須采用復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計和運行方式。

1 技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計運行方式

水電站的技術(shù)供水對象為各種機電運行設(shè)備，包括發(fā)電機空氣冷卻器、軸承冷卻器，水輪機的軸承冷卻器，水冷式變壓器的冷卻器等[2-3]。技術(shù)供水的主要作用是對用水設(shè)備進行冷卻和潤滑，各種用水設(shè)備對供水的水量、水溫、水壓和水質(zhì)均有一定的要求[4]。根據(jù)黃河水質(zhì)條件，每年10月至次年6月為非汛期，過機水流基本上為清水；7至9月為汛期，過機含沙量會較高。為解決汛期多沙水流可能堵塞供水管路及機組冷卻器的問題，小浪底電廠技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計了多水源、分時段、正反向供水的方式[5]。

1.1 技術(shù)供水使用蝸殼供水和清水供水2種水源

技術(shù)供水水源分蝸殼供水和清水供水。蝸殼供水采用從每臺機組蝸殼取水主要供本機組使用，之后排入尾水，6臺機組的蝸殼取水通過直徑478 mm的蝸殼取水聯(lián)絡(luò)干管連接，相互備用。清水供水的水源為地下水，從蓼塢備用井和蔥溝備用井泵送至廠外清水池，再自流供給機組及其他設(shè)備使用。除主變和主軸密封用水泄棄外，其他冷卻后的清水排至廠內(nèi)回水池，經(jīng)回水泵揚水至廠外清水池與地下水源井提供的補充水混合后循環(huán)供水，組成清水供水系統(tǒng)[6]。

1.2 蝸殼供水、清水供水分時段運行

最初設(shè)計將一年分為非汛期、過渡期和汛期，如上面所說每年10月至次年6月為非汛期，7—9月為汛期，7月之前和9月之后一段時間根據(jù)含沙量可以稱之為過渡期。

在非汛期，由蝸殼取水供機組全部冷卻器及主變冷卻器，用清水供主軸密封。在過渡期，蝸殼取水供機組空冷器及主變冷卻器，清水供機組各軸承冷卻器、主軸密封。機組各軸承冷卻水回到回水池，經(jīng)回水泵回水到廠外清水池，重新作為技術(shù)供水水源。

在汛期，技術(shù)供水全部由清水供給，除主變、主軸密封用水外，其余大部分清水被循環(huán)利用。

1.3 技術(shù)供水可采用正反向供水方式

為避免冷卻器管路堵塞，機組各部軸承冷卻器和空冷器在蝸殼供水方式下可實現(xiàn)反向供水。

2 技術(shù)供水設(shè)計運行方式存在的問題

2.1 回水泵房運行安全性較低

廠內(nèi)回水池總?cè)莘e2 000 m3，有效容積1 700 m3。按照單機清水回水量1 320 m3/h計算[7-8]，在6臺機組運行的情況下，發(fā)生1臺回水泵無法運行的故障，若此時回水池水位在最高啟泵水位，在短時間內(nèi)將發(fā)生回水池溢水。

2.2 回水泵房6臺泵抽水能力不足

回水泵房安裝6臺深井泵，單臺回水泵設(shè)計排量為1 300 m3/h，每3臺泵共用一根出水管，形成一個排水單元，6臺泵形成2個排水單元。

原設(shè)計，在汛期小浪底電站最多5臺機組同時運行。但機組投產(chǎn)以來的實際情況是，在汛期過機含沙量較大時下泄流量也較大，此時需要6臺機組全部投入運行。小浪底電站單臺機組給水供水用水量統(tǒng)計表見表1，6臺機組可回收水總的流量為7 925.28 m3/h，6臺泵理論最大總排量為7 800 m3/h。

2.3 清水水源供水能力不足

清水供水系統(tǒng)有蓼塢備用井和蔥溝備用井2處水源。蓼塢備用井1號泵容量為980 m3/h，2號泵容量為800 m3/h，蔥溝備用井1號泵容量為1 600 m3/h，2號泵容量為1 860 m3/h。

2015年4月3日，小浪底電站進行了蔥溝、蓼塢水源井供水能力試驗。經(jīng)測試，蓼塢1號泵運行，供水流量為1 000 m3/h，蓼塢2號泵運行，供水流量為800 m3/h，2臺泵同時啟用，供水流量為1 400 m3/h；蔥溝1號泵運行，供水流量為1 640 m3/h，蔥溝2號泵運行，供水流量為1 820 m3/h，2臺泵同時啟用，供水流量為3 000 m3/h。經(jīng)過現(xiàn)場試驗，清水系統(tǒng)短時供水能力為4 400 m3/h。根據(jù)泵房設(shè)備運行規(guī)程，兩臺水泵不能同時運行，按照每個水源井兩臺水泵輪流運行計算，清水水源最大持續(xù)供水能力為2 630 m3/h。

表1 單臺機組給水供水用水量統(tǒng)計表Tab.1 Water consumption statistics for single unit water supply

在考慮回水泵房安全性較低不投運的情況，機組采用清水供水方式下，最大用水量為8 700.48 m3/h（1 450.08×6）；機組采用混合供水方式下，最大清水用水量為3 305.28 m3/h（550.88×6）。考慮水源井在持續(xù)供水時會造成水位下降，泵的供水能力下降，以及泵的故障等因素，水源井供水能力不能滿足汛期機組用水要求。

3 電站運行以來技術(shù)供水運行方式及存在的問題

自投產(chǎn)發(fā)電至2013年汛期以前，小浪底水庫進水塔前泥沙淤積高程較低，汛期過機含沙量未達到設(shè)計時的定值，蝸殼供水基本滿足了機組冷卻水的需要，同時鑒于清水系統(tǒng)存在以上問題，清水系統(tǒng)僅在技術(shù)供水系統(tǒng)閥門檢修、更換工作期間短時在部分機組投入過運行。目前，機組軸承及空冷器冷卻用水全年使用蝸殼供水；主軸密封全年使用清水供水；主變冷卻用水在清水和蝸殼供水之間切換，切換原則為當庫水位超過245高程且水質(zhì)較好時使用蝸殼供水，當庫水位低于245高程或水質(zhì)較差時使用清水。這種運行方式在前期保證了機組安全穩(wěn)定運行。

隨著壩前泥沙淤積高程的增加，2013年和2014年調(diào)水調(diào)沙前，預(yù)計過機含沙量會較高。為保證機組正常運行，制定了以下應(yīng)對預(yù)案：如果過機含沙量大于25kg/m3，將機組的上導、下導、水導和推力軸承改為清水供水，發(fā)電機空冷器仍使用蝸殼水。

2013年7月4日，監(jiān)測到過機含沙量達到25 kg/m3，隨即按照預(yù)案要求，將進水口高程較低的5號和6號機組的上導、下導、水導和推力軸承改為清水供水。在2014年調(diào)水調(diào)沙期間，運行巡檢所記錄的過機含沙量最高值為14.22 kg/m3，機組一直采用蝸殼供水方式，為防止泥沙沉積在機組技術(shù)供水管路內(nèi)壁，停機后機組技術(shù)供水仍保持在過水狀態(tài)，并通過切換正反向供水閥，執(zhí)行若干次正、反向供水操作。

2013年6號機組大修時，檢查發(fā)現(xiàn)水導軸承冷卻器管路內(nèi)有輕微淤積。2014年4號機組大修時，對各冷卻器管路進行檢查，內(nèi)部均有不同程度的淤積，推力冷卻器淤積尤為嚴重，空冷器淤積比較輕微。

綜上所述，機組技術(shù)供水系統(tǒng)存在的問題主要為：回水泵不能投運導致清水水源供應(yīng)不足的矛盾；機組用水量大與回水泵容量不足的矛盾；回水泵房可靠性低與安全生產(chǎn)的矛盾。如通過試驗?zāi)軌蚪档蜋C組技術(shù)供水流量，可緩解以上矛盾。

4 技術(shù)供水流量降低試驗

2015年1月19日至21日，小浪底電站利用4號機組進行了降低技術(shù)供水流量試驗?？紤]到上導、下導和水導軸承正常技術(shù)供水流量較低且瓦溫均大于50℃，沒有進行降低技術(shù)供水流量的必要性，因此只進行了推力軸承和空冷器的降低技術(shù)供水流量試驗。經(jīng)試驗，在使用清水供水，進水溫度在16℃的情況下，推力軸承技術(shù)供水流量降至150 m3/h，推力瓦溫度可穩(wěn)定運行在45℃左右；發(fā)電機空冷器技術(shù)供水流量降至770 m3/h，定子線圈溫度可穩(wěn)定運行在80℃左右，鐵芯溫度可穩(wěn)定運行在54℃左右。根據(jù)試驗結(jié)果，確定機組最低技術(shù)供水流量如下表，考慮夏季清水溫度在19℃左右，此流量在夏季也可滿足機組安全穩(wěn)定運行。小浪底電站單臺機組給水供水最低用水量統(tǒng)計表見表2。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，小浪底機組技術(shù)供水用水量最低為1 067.68 m3/h，加上一定裕度，小浪底機組單機技術(shù)供水用水量約為1 100 m3/h。

表2 單臺機組給水供水最低用水量統(tǒng)計表Tab.2 Minimum water consumption statistics for single unit water supply

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，機組在技術(shù)供水流量最低時，按照清水水源2 600 m3/h供水能力計算，若采用混合供水方式，僅各部軸承、主變及主軸密封使用清水，用水量為297.68 m3/h，清水水源可滿足6臺機組持續(xù)運行；若采用機組各部件全部使用清水，單機清水用水量為1 100 m3/h，清水水源最多可滿足2臺機組持續(xù)運行。

5 目前采取的技術(shù)措施

根據(jù)以上試驗，在當前設(shè)備條件下，小浪底電站制定了以下技術(shù)措施，在保證運行安全的前提下，在過機含沙量較高時避免或減輕各部冷卻器管路的淤堵。

1）機組運行臺數(shù)多于2臺時，機組采用混合供水的運行方式（蝸殼水供空冷器，清水供機組各軸承冷卻器、主軸密封及主變冷卻器），清水直接排走不再循環(huán)利用。

2）在開機臺數(shù)不多于2臺時，降低空冷器流量，運行機組全部使用清水供水方式。

3）機組停機后，使用清水的冷卻器停止供水，空冷器保持過水，減輕管路淤積。

6 所采取技術(shù)措施的成效及仍存在的問題

2015年調(diào)水調(diào)沙期間，為避免技術(shù)供水管路淤積，在預(yù)計高含沙水流到達之前，即按照以上技術(shù)措施，將小浪底電站6臺機組的技術(shù)供水切換為混合供水的運行方式，同時在機組停機后，空冷器保持過水，以減輕管路淤積。2015年小浪底電站2號機組大修時，對各部冷卻器進行拆解檢查，管路中基本無淤積現(xiàn)象，所采取的技術(shù)措施在目前的水沙條件下是行之有效的。

目前的水沙條件下，每年高含沙水流持續(xù)時間較短，過機含沙量較低。隨著小浪底壩前淤積高程逐步增加，預(yù)計機組運行條件會更加惡劣，可能會導致減壓閥、濾水器、閥門、冷卻器、管路等技術(shù)供水設(shè)備的磨損和堵塞，影響機組的安全穩(wěn)定運行。鑒于此，目前已提出了建設(shè)新的清水水源、投運西溝水庫、采用新型高效率空氣冷卻器等多個方案，屆時需對不同方案做出技術(shù)經(jīng)濟比較，對技術(shù)供水系統(tǒng)進行技術(shù)改造，才能夠滿足小浪底電站持續(xù)、安全、穩(wěn)定運行。

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Operation Practice of Technical Water Supply System of Xiaolangdi Hydropower Station

LI Peng，KONG Weiqi
（Operation Department，Yellow River Water Resources and Hydropower Development Corporation，Jiyuan 459017，Henan，China）

In view of the sediment of the Yellow River，the technical water supply of Xiaolangdi hydropower station is designed to use both spiral case water and clean water.The clean water system has several problems，such as low security of the pump room，low deficiency of the water pumping ability and the deficiency of underground water supply capacity.As Xiaolangdi reservoir sedimentation grows，the various parts of the technical water cooler have different degrees of sediment.Measures such as use of mixed water supply and reducing water supply helps to ensure the sediment to be deposited on the cooler under the present conditions.

technical water supply；clean water；clean water shortage；sediment deposition

2015-10-20。

李 鵬（1973—），男，高級工程師，從事水電廠運行管理工作。

（編輯 李沈）

1674-3814（2016）05-0114-04

TV737

A

黃河水利水電開發(fā)總公司技術(shù)研究項目（2015-1-3）。

Project Supported by Technology Research Project of Yellow River Water Resources and Hydropower Development Corporation（No.2015-1-3）.