李樹(shù)剛，門(mén) 飛，莊乾彪，任哲明

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春130021）

蓋下壩水電站位于重慶市云陽(yáng)縣云峰鄉(xiāng)境內(nèi)長(zhǎng)江南岸的一級(jí)支流長(zhǎng)灘河上。本工程是長(zhǎng)灘河流域梯級(jí)開(kāi)發(fā)的龍頭電站。電站為引水式電站，是以發(fā)電為主，兼顧防洪、旅游等綜合利用的大型水電工程。電站由水庫(kù)、引水系統(tǒng)、廠房、地面開(kāi)關(guān)站及副廠房組成。引水系統(tǒng)采用1洞3機(jī)的布置方式，設(shè)有上游調(diào)壓井。電站水頭范圍為137.0～187.3 m，總裝機(jī)容量132 MW，裝設(shè)3臺(tái)單機(jī)容量為44 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組。電站建成后承擔(dān)重慶市電網(wǎng)的調(diào)峰和事故備用任務(wù)。

1 機(jī)組技術(shù)供水用戶及其要求

本電站機(jī)組技術(shù)供水用戶有發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、上導(dǎo)及推力軸承油冷卻器、下導(dǎo)軸承油冷卻器及水輪機(jī)導(dǎo)軸承油冷卻器。

依據(jù)設(shè)備資料，各用戶用水量如下：

發(fā)電機(jī)空氣冷卻器用水量：240 m3/h；

上機(jī)架冷卻器用水量：50 m3/h；

下機(jī)架冷卻器用水量：10 m3/h；

水導(dǎo)軸承冷卻器用水量：10 m3/h；

一臺(tái)機(jī)組冷卻總用水量：310 m3/h。

2 機(jī)組技術(shù)供水方式選擇

本電站工作水頭范圍為137.0～187.3 m，額定水頭161.6 m。機(jī)組技術(shù)供水可以采用射流泵供水、水泵供水、頂蓋取水或其他供水方式。

射流泵供水方式，工作流體取自壓力鋼管，從尾水渠抽水經(jīng)濾水器過(guò)濾后向機(jī)組供水。射流泵供水兼有自流減壓供水和水泵供水的優(yōu)點(diǎn)，可以回收利用一部分水能，設(shè)備制造簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便。在國(guó)內(nèi)龍羊峽電站、東江電站等水電站已有使用。但射流泵的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不多，定型產(chǎn)品不多，設(shè)備布置占地面積大且較難適應(yīng)于水頭變幅較大的機(jī)組。

頂蓋取水是一種較經(jīng)濟(jì)的技術(shù)供水方式。但是由于其取水流量不穩(wěn)定，且本電站水頭變幅大，也不太適合采用頂蓋取水。

水泵供水方式的優(yōu)點(diǎn)是供水水壓、流量均較穩(wěn)定，并可以節(jié)約水能。其缺點(diǎn)是消耗電能，并增加了運(yùn)行維護(hù)的工作量。由于本電站水頭高，采用水泵供水方式所節(jié)約的水能大于所消耗的電能，符合節(jié)能的要求。

另外，結(jié)合本電站位于重慶地區(qū)，汛期河流時(shí)間長(zhǎng)且河水泥沙含量較大，并且機(jī)組技術(shù)供水用戶均為冷卻用水。在設(shè)計(jì)中考慮了在尾水渠中設(shè)置熱交換器的密閉循環(huán)進(jìn)行二次冷卻的技術(shù)供水方式。除了水泵供水方式的特點(diǎn)，采用尾水渠中設(shè)置熱交換器的密閉循環(huán)進(jìn)行二次冷卻的技術(shù)供水方式還有防堵防結(jié)垢和低磨損等優(yōu)點(diǎn)。密閉循環(huán)系統(tǒng)中的水采用清潔水（如生活用水），可有效防止汛期河流含沙量大引起的管道和設(shè)備堵塞和磨損，并可以避免機(jī)組冷卻器及管道結(jié)垢和水生物的影響。

綜合比較以上幾種供水方式，并結(jié)合本電站的具體情況，設(shè)計(jì)采用了在尾水渠中設(shè)置熱交換器的密閉循環(huán)進(jìn)行二次冷卻的技術(shù)供水方式。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組成及原理

本電站裝設(shè)3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組作為一個(gè)供水單元。每個(gè)單元均由循環(huán)水箱、循環(huán)水泵、機(jī)組技術(shù)供水用戶、熱交換器、管道、閥門(mén)及自動(dòng)化元件等組成。

根據(jù)機(jī)組冷卻器用戶的用水量和估算的管道系統(tǒng)中的水量確定每個(gè)單元設(shè)置一個(gè)有效容積為40 m3的循環(huán)水箱（圖1）。循環(huán)水泵采用立式離心泵，每個(gè)單元設(shè)置2臺(tái)循環(huán)水泵，1主1備，定期切換運(yùn)行。水泵揚(yáng)程為38 m，設(shè)計(jì)流量為348 m3/h。熱交換器為HSW-1510型冷卻器，每個(gè)單元設(shè)置1套。

圖1 系統(tǒng)原理圖

立式離心水泵從循環(huán)水箱中將冷卻水加壓送至機(jī)組各冷卻器用戶，由于機(jī)組運(yùn)行而升溫后的水引至設(shè)置在尾水渠中的熱交換器，利用熱交換器與外部流動(dòng)的河水進(jìn)行熱交換，將來(lái)自機(jī)組的升溫后的循環(huán)水冷卻，使冷卻水水溫降低到滿足機(jī)組對(duì)冷卻水水溫的要求后回到循環(huán)水箱中。再由循環(huán)水泵從水箱中將冷卻水加壓送至機(jī)組各冷卻器用戶。通過(guò)這樣不斷的循環(huán)，機(jī)組冷卻水形成了循環(huán)水，保證了機(jī)組正常運(yùn)行。系統(tǒng)中設(shè)置有壓力表、壓力控制器、溫度計(jì)、流量監(jiān)測(cè)、流量調(diào)節(jié)閥等，用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)節(jié)向各用戶的流量分配，使技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行在較優(yōu)狀態(tài)。技術(shù)供水系統(tǒng)的啟停并入開(kāi)停機(jī)程序中與機(jī)組同步運(yùn)行。

3.2 熱工計(jì)算及熱交換器結(jié)構(gòu)

根據(jù)機(jī)組技術(shù)參數(shù)、河水水溫資料、機(jī)組各冷卻器進(jìn)出水溫度條件及用水量進(jìn)行熱交換器的熱工計(jì)算，得出需要的熱交換器換熱面積，結(jié)合電站布置條件確定熱交換器的外形尺寸。在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了熱交換裕量，以保證熱交換器能夠安全可靠的運(yùn)行。

熱交換器采用鋼管構(gòu)成框架，換熱管排置入框架內(nèi)，中部采用兩道扁鋼固定。熱交換管采用無(wú)縫鋼管，無(wú)縫鋼管的管間距離和布置滿足熱交換要求并能保證河水中的雜質(zhì)順利通過(guò)，同時(shí)也便于檢修時(shí)清理掛附在熱交換器表面的殘留物。

固定及連接用的螺栓和螺母均采用不銹鋼材料?？蚣茼敳吭O(shè)有吊耳，起吊時(shí)換熱管排基本不受力，可有效防止起吊時(shí)損壞換熱管的焊縫。所有浸沒(méi)在水中的金屬管路及熱交換器固定裝置表面處理材料均為低熱阻材料，以保證盡量減少影響整體的熱交換效率。

3.3 密閉循環(huán)進(jìn)行二次冷卻的技術(shù)供水方式的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的自流減壓供水方式或尾水取水的水泵供水方式相比，在尾水渠中設(shè)置熱交換器的密閉循環(huán)進(jìn)行二次冷卻的技術(shù)供水方式具有明顯優(yōu)越性：

（1）循環(huán)冷卻水中不含泥沙、漂浮物、水生物等，在水電站運(yùn)行中技術(shù)供水系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生濾水器或管道堵塞等問(wèn)題，可確保機(jī)組正常運(yùn)行（特別是汛期）。

（2）延長(zhǎng)機(jī)組水系統(tǒng)設(shè)備壽命：由于密閉循環(huán)系統(tǒng)中的水采用清潔水（如生活用水），不含泥沙、漂浮物、水生物等，冷卻水對(duì)水系統(tǒng)中的設(shè)備磨損大為減小，并可以避免機(jī)組冷卻器及管道結(jié)垢和水生物的影響。提高電站運(yùn)行的可靠性，保證機(jī)組各冷卻器的熱交換效率且有效延長(zhǎng)機(jī)組和技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)備使用壽命。

（3）節(jié)省了維修費(fèi)用和時(shí)間：由于冷卻水質(zhì)好，避免了過(guò)去水質(zhì)差帶來(lái)的困難，只需一般性檢查。

4 結(jié)束語(yǔ)

蓋下壩水電站的機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)，采用了在尾水渠中設(shè)置熱交換器的密閉循環(huán)進(jìn)行二次冷卻的技術(shù)供水方式，在機(jī)組調(diào)試和試運(yùn)行期間冷卻效果良好，機(jī)組各用戶溫度監(jiān)測(cè)正常，均低于溫度報(bào)警設(shè)定值。這種技術(shù)供水方式有效避免了泥沙、漂浮物、水生物、管道結(jié)垢等的影響，保證了機(jī)組的正常運(yùn)行。