趙弦?朱亞軍

【摘 要】本文介紹了JC電站的技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計原則和方法，以及對泥沙問題的解決方案，為其他同類型的電站技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

【關(guān)鍵詞】自流供水；二次循環(huán)供水；尾水冷卻器

1、引言

水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的主要供水對象是水輪發(fā)電機(jī)組、水冷式變壓器、水冷式空壓機(jī)及其他采用水冷卻的附屬設(shè)備。技術(shù)供水的主要作用是解決用水設(shè)備的冷卻和潤滑。各種用水設(shè)備對水量、水壓及水質(zhì)等都有一定的要求，因此，需結(jié)合電站的具體條件進(jìn)行技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計。

2、基本資料

2.1 工程概況

JC水電站是西藏自治區(qū)境內(nèi)的重點(diǎn)開發(fā)工程。本電站總裝機(jī)容量為360MW，年發(fā)電量17.045億kW.h，具有日調(diào)節(jié)性能，共裝設(shè)3臺單機(jī)容量為120MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組。樞紐布置方案為主河床布置泄洪建筑物，左岸布置河床式地面發(fā)電廠房，右岸布置導(dǎo)流明渠，兩岸布置擋水建筑物。

JC水電站的主要開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，電能送入西藏中部電網(wǎng)。電站按“無人值班、少人值守”原則設(shè)計。按照工程進(jìn)度計劃，JC電站將于2020年6月底實(shí)現(xiàn)第一臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。

2.2 基本參數(shù)

2.3 技術(shù)供水對象

3、 技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 供水方案

電站的供水方案的選擇應(yīng)與水源的選擇統(tǒng)一考慮，一般根據(jù)電站電站的的水頭范圍和水質(zhì)，進(jìn)行綜合比較后確定。應(yīng)用較多的技術(shù)供水方案有自流供水、自流減壓供水、水泵供水、頂蓋取水、二次循環(huán)供水等方式。

本電站機(jī)組水頭范圍為26.00m～43.80m，根據(jù)《水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》，第3.1.7條“工作水頭為 15m～80m 時，宜采用自流供水方式?！币虼耍倦娬緝?yōu)先考慮自流供水方式作為主供水源。另外，由于本電站汛期泥沙含量大，且輸沙量年內(nèi)分配不均勻，主要集中在汛期（6～9月），占全年輸沙量的96.9%，其中7、8兩月占全年的75.9%。為避免泥沙磨損及堵塞機(jī)組冷卻器，影響機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行，本電站以蝸殼自流供水作為枯期主供水源，二次循環(huán)供水方式為汛期主供水源。

目前水電站技術(shù)供水系統(tǒng)常用的二次循環(huán)供水冷卻器有兩種：一種是尾水冷卻器，另一種是板式熱交換器。兩種循環(huán)冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計不同，設(shè)備布置及系統(tǒng)設(shè)備也差別較大，以下針對這兩種設(shè)備進(jìn)行比較選擇。

3.2 循環(huán)冷卻器選擇

（1）尾水冷卻器

其工作原理為： 在循環(huán)水池內(nèi)儲備一定量的經(jīng)過處理的符合技術(shù)供水要求的清潔水，通過布置在水池的循環(huán)供水泵抽水至尾水冷卻器中，與河水進(jìn)行冷熱交換作用后將溫度降低至25 ℃以下，再送至機(jī)組各個冷卻器，帶走機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的熱量，最后排入循環(huán)水池中。尾水冷卻器安裝在尾水平臺附近，以尾水與冷卻器內(nèi)循環(huán)水的熱交換來實(shí)現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)降低水溫，整個系統(tǒng)與外界徹底隔絕，因此可以徹底解決泥沙問題。

二次循環(huán)供水循環(huán)水池的有效容積，應(yīng)保證機(jī)組至少連續(xù)供水10～15min。JC水電站每臺機(jī)組設(shè)置一個循環(huán)水池，其有效容積應(yīng)為約260m3，滿足運(yùn)行要求。循環(huán)水池布置下游副廠房底層，滿足布置的需要，同時還能減少廠房混凝土澆筑量，節(jié)省投資。

優(yōu)點(diǎn)：二次循環(huán)供水系統(tǒng)采用下游尾水作為水源，不需要另外設(shè)置取水系統(tǒng)。由于本電站最高水溫為24℃，多年平均水溫為9.6℃，能保證循環(huán)供水時與內(nèi)循環(huán)熱水形成溫差，滿足熱交換需要。

缺點(diǎn)：采用尾水冷卻器作為循環(huán)供水冷卻器時，冷卻器需淹沒在下游最低尾水位以下，其檢修受尾水水位的影響較大。尾水冷卻器的檢修通?？紤]在枯期尾水水位最低時進(jìn)行，但在特殊情況需檢修且下游尾水位較高時，需潛水人員水下作業(yè)。

（2）板式熱交換器

其工作原理為： 每臺水輪發(fā)電機(jī)組和主變設(shè)置一個技術(shù)供水單元，每個單元由開式回路和閉式回路兩部分構(gòu)成。開式回路主要從蝸殼自流取水，經(jīng)過布置在下游副廠房的板式熱交換器，與流經(jīng)該熱交換器的閉式循環(huán)回路中的熱水進(jìn)行熱能交換，將閉式回路中冷卻水的熱量帶走。閉式回路為清潔水通過管道增壓泵進(jìn)入機(jī)組和主變的冷卻器，熱出水通過室內(nèi)板式熱交換器進(jìn)行熱交換后再回到各冷卻器，形成一個閉合的循環(huán)回路。

優(yōu)點(diǎn)：板式熱交換器布置在廠房內(nèi)，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、拆裝檢修簡單方便。

缺點(diǎn)：板式熱交換機(jī)器是通過板片之間的溝槽形成過水流道，通常流道直徑約5～6mm。為了保證熱交換器正常運(yùn)行，不會因?yàn)殡s質(zhì)堵塞流道影響換熱效果或?qū)е滤畵p過大，因此對使用板式熱交換器的水質(zhì)要求較高。開式循環(huán)系統(tǒng)水源取自蝸殼自流供水，但需要另設(shè)置一組高精度的濾水器或者水力旋流器，才能滿足板式熱交換器的長期運(yùn)行要求。另外，由于本電站汛期最低水頭約為26m，經(jīng)過水損計算，需增加管道增壓泵，才能滿足開式循環(huán)系統(tǒng)水壓要求。

（3）選定循環(huán)冷卻器

綜上比較，在兩種設(shè)備都能滿足電廠穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，采用尾水冷卻器，將會減少技術(shù)供水系統(tǒng)濾水器和水泵的設(shè)備配置，減少電廠運(yùn)行維護(hù)工作量，因此二次循環(huán)供水系統(tǒng)采用尾水冷卻器作為循環(huán)水冷卻器。

3.3 選定供水方案

本電站選定技術(shù)供水方案如下：

蝸殼自流單元供水：非汛期河水泥沙含量較小時，優(yōu)先采用蝸殼自流單元供水；每臺機(jī)組設(shè)兩個取水口，一個布置在蝸殼，一個布置在壩前死水位以下。

二次循環(huán)供水：汛期（6～9月）時優(yōu)先采用二次循環(huán)供水。每臺機(jī)組設(shè)置一個循環(huán)水池，每個水池上方設(shè)2臺長軸深井泵，每臺機(jī)兩臺泵互為備用。每臺機(jī)組設(shè)置一組尾水冷卻器，布置在尾水閘墩上。

4、技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)

4.1 尾水冷卻器改進(jìn)點(diǎn)

①由于冷卻器長期處于最低尾水位以下，尾水冷卻器的進(jìn)出水口接口形式和位置，及設(shè)備的固定和支撐方式，應(yīng)設(shè)計出便于安裝和拆卸的結(jié)構(gòu)形式。②由于尾水冷卻器長期浸泡在水中，應(yīng)慮設(shè)備材質(zhì)的防腐、放銹和防止表面因?yàn)樗?、泥沙、懸浮物的結(jié)垢或者其他雜質(zhì)的附著，影響冷卻效果。③尾水冷卻器長期布置在檢修維護(hù)起吊時，應(yīng)設(shè)計合理的起吊結(jié)構(gòu)，以便于運(yùn)送至尾水平臺，進(jìn)行檢修。

4.2 主變空載和倒送電工況

主變空載和倒送電工況時，電廠水輪發(fā)電機(jī)組都處于不發(fā)電狀態(tài)。本電站主軸密封主供水源為生活水，按照每臺機(jī)組20m3/h的流量進(jìn)行設(shè)計，而本電站在主變空載和倒送電工況時，每臺主變冷卻水量不大于20m 3/h。因此主變空載和到送電工況時主變冷卻可采用生活水。結(jié)合本電站技術(shù)供水系統(tǒng)，在枯期壩前自流取水可作為主變空載和倒送電時主供水源，生活水作為備用水源；在汛期，自流供水水質(zhì)太差，二次循環(huán)供水系統(tǒng)也未單獨(dú)設(shè)置主變供水泵，則利用生活水作為主變空載和倒送電時供水水源。

結(jié)語

JC電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計采用二次循環(huán)水泵供水結(jié)合自流供水的方式，解決了汛期泥沙含量高的問題，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的同時，兼顧了系統(tǒng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，對同類型電站技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計有一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 水電站機(jī)電設(shè)計手冊編寫組. 水電站機(jī)電設(shè)計手冊-水力機(jī)械.水利電力出版社，1983.

[2] 周淼汛，丁麗香等. 苗尾水電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計.云南水力發(fā)電，2017（33）.

作者簡介：趙弦（1983-），男，工程師，主要從事水電站水力機(jī)械設(shè)計工作。