安 剛

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概 述

1.1 電站概況

奎屯河三級水電站是奎屯河流域梯級開發(fā)的第三級電站，北距新疆奎屯市約35 km，西距烏蘇市約28 km。電站為徑流式電站，采用引水式開發(fā)，地面廠房。工程開發(fā)任務(wù)是水力發(fā)電，承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰任務(wù)，主要由取水口、引水暗渠、沉沙池、隧洞、前池、壓力管道、發(fā)電廠房、升壓站、尾水渠等建筑物組成。

電站裝設(shè)4臺(2×21.5 MW+2×10 MW)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，水頭范圍為143.6～149.14 m，總裝機(jī)容量為63 MW，枯水期平均出力為5.4 MW，多年平均年發(fā)電量為2.067億kW· h，年利用小時數(shù)為3 281 h。

1.2 機(jī)組主要參數(shù)

機(jī)組主要參數(shù)如下所示(見表1)。

表1 機(jī)組主要參數(shù)

1.3 氣象

年平均氣溫8 ℃，極端最高氣溫40.7 ℃，極端最低氣溫-33.7 ℃，多年平均水溫6 ℃。歷年最高水溫20 ℃，歷年最低水溫0 ℃。

1.4 泥沙特性

根據(jù)河道1959—1987年實測泥沙資料分析(見表2、表3)，計算懸移質(zhì)年均含沙量0.98 kg/m3，多年平均輸沙量77.62萬t；其汛期平均含沙量1.54 kg/m3。

表2 天然河道多年平均輸沙量統(tǒng)計

表3 天然河道懸移質(zhì)泥沙顆粒級配

2 機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計

2.1 機(jī)組技術(shù)供水方式的確定

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》(DL/T 5066—2010)第4.1.8節(jié)，水頭(壓)在60～180 m時，宜采用自流減壓方式。本電站天然河道汛期泥沙含量較高，泥沙對機(jī)組各部冷卻器會產(chǎn)生磨損和堵塞，故無法完全采用自流減壓方式；且自流減壓供水相對水泵供水年減少發(fā)電量約50萬kW·h。經(jīng)綜合分析，電站技術(shù)供水方式采用循環(huán)供水和自流減壓混合供水。汛期采用循環(huán)供水，非汛期采用循環(huán)供水為主、自流減壓為輔。

2.2 循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)

機(jī)組循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)由水輪發(fā)電機(jī)組各部冷卻器(上導(dǎo)推力、下導(dǎo)、水導(dǎo)、空冷)、循環(huán)水池、循環(huán)水泵、循環(huán)冷卻器、循環(huán)水管路、控制閥門及監(jiān)控表計等組成。

(1)循環(huán)冷卻供水系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

根據(jù)主機(jī)廠提供的機(jī)組用水量參數(shù)，考慮循環(huán)水的損失和蒸發(fā)量，單臺循環(huán)冷卻器設(shè)計流量大機(jī)200 m3/s(小機(jī)150 m3/s)；機(jī)組各冷卻器進(jìn)水溫度按25 ℃設(shè)計；循環(huán)冷卻器設(shè)計壓力1.0 MPa，試驗壓力1.5 MPa；機(jī)組冷卻水進(jìn)口壓力0.2～0.5 MPa。循環(huán)冷卻器水頭損失8 m，本體材料采用304不銹鋼；進(jìn)出口管徑大機(jī)DN200 m(小機(jī)DN150 m)。

(2)循環(huán)水池有效容積計算

根據(jù)4臺機(jī)組布置方式，循環(huán)水池設(shè)置在主廠房下游尾水平臺下部，設(shè)置2個獨(dú)立的循環(huán)水池(1臺大機(jī)和1臺小機(jī)共用1個水池)，長5.5 m×寬6.25 m×高4.25 m。循環(huán)水池有效容積為補(bǔ)水水位至正常水位之間的容積，一般大于機(jī)組各部冷卻水總用量的20%。循環(huán)水池設(shè)置補(bǔ)水、正常、報警3個節(jié)點(diǎn)控制，并配置補(bǔ)水管、溢流管、排空管、通風(fēng)孔、液位信號和水溫測量裝置。

(3)循環(huán)水泵的選擇

為了增加循環(huán)供水的可靠性，采用單元供水方式，每臺機(jī)對應(yīng)2臺循環(huán)水泵(一用一備，相互切換)，采用長軸深井泵。21.5 MW機(jī)組循環(huán)水泵參數(shù)Q=220 m3/h,H=54 m,N=45 kW；10 MW機(jī)組循環(huán)水泵參數(shù)Q=160 m3/h,H=57.5 m,N=37 kW；水泵參數(shù)滿足循環(huán)冷卻器流量和壓力的要求。

(4)設(shè)備布置

根據(jù)廠房水工的布置情況，循環(huán)水泵布置在主廠房下游尾水平臺下部水泵室。循環(huán)冷卻器布置在2臺機(jī)尾水管出口之間尾水閘墩突出的混凝土板上，混凝土板上預(yù)留鋼板，用以固定循環(huán)冷卻器基礎(chǔ)。為防止電站全部機(jī)組在冬季停機(jī)狀況下尾水表面結(jié)冰，造成循環(huán)冷卻器凍裂，循環(huán)冷卻器頂部應(yīng)低于尾水反坡頂部底板1 m以下；循環(huán)冷卻器進(jìn)出管口布置在本體左右兩側(cè)。為避免泥沙對循環(huán)冷卻器散熱的影響，冷卻器散熱管設(shè)計為豎排式；同時考慮由于泥沙附著的影響，將冷卻器散熱量計算中熱阻系數(shù)加大。循環(huán)冷卻器所有可拆卸的聯(lián)接件及基礎(chǔ)螺栓均采用不銹鋼加工制造。

3 運(yùn)行中注意的事項

3.1 循環(huán)水池維護(hù)

循環(huán)水池首次充水時，必須清除建筑垃圾，并進(jìn)行清洗，保證循環(huán)水的水質(zhì)。運(yùn)行一定時間，循環(huán)水池會產(chǎn)生泥沙、水生物、水質(zhì)發(fā)臭等現(xiàn)象，應(yīng)對水池定期進(jìn)行排空清洗。

3.2 與自流減壓系統(tǒng)的切換

當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)故障檢修和定期維護(hù)時，為保證機(jī)組正常發(fā)電運(yùn)行，機(jī)組技術(shù)供水由循環(huán)系統(tǒng)切換至自流減壓系統(tǒng)。運(yùn)行和檢修規(guī)程中應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定機(jī)組技術(shù)供排水管路閥門的切換操作，并懸掛“禁止操作”的標(biāo)示牌，防止循環(huán)水池出現(xiàn)淹沒事故。

3.3 循環(huán)冷卻器放空

當(dāng)循環(huán)冷卻器需要放空時，關(guān)閉循環(huán)冷卻器進(jìn)出口閥門，打開防冰運(yùn)行管上的閥門，通過接電站壓縮空氣管道向系統(tǒng)內(nèi)通壓縮空氣，把循環(huán)冷卻器中的循環(huán)水壓到循環(huán)水池中，排空循環(huán)冷卻器。

3.4 補(bǔ)水水源及水質(zhì)要求

循環(huán)水補(bǔ)水取自河道邊的地下滲漏井井水，定期對水質(zhì)進(jìn)行檢測，保證pH值在6.5～8.5范圍內(nèi)。

4 結(jié) 語

從實際運(yùn)行效果來看，循環(huán)供水技術(shù)解決了多泥沙對機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的影響，提高了電站的發(fā)電量，保證了電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 陶建民．黃河多泥沙水電站技術(shù)供水防於設(shè)計[J]．西北水電，2008(3)：40_44.

[2] 任海紅. 土卡河水電站技術(shù)供水系統(tǒng)工程設(shè)計[J].云南水力發(fā)電，2006，22(6)：66_68.

[3] 張秉成. 閉式循環(huán)冷卻器在小峽水電站技術(shù)供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].青海水力發(fā)電，2006，(1)：67_68.

[4] 孫詩杰，胡 平. 循環(huán)冷卻技術(shù)供水在金華水電站的應(yīng)用[J].四川水力發(fā)電，2000，19(1)：54_56.