蔡霖 昆明宜良

摘要：本文結(jié)合實際案例，分析了水電站冷卻水系統(tǒng)對主機(jī)設(shè)備的影響及日常維護(hù)，分析結(jié)果表明，冷卻水系統(tǒng)可有效降低主機(jī)設(shè)備運行中產(chǎn)生的熱量，避免溫度過高而引發(fā)一系列故障，此外，通過合理的日常維護(hù)，可提升水電站冷卻水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：水電站；冷卻水系統(tǒng)；主機(jī)設(shè)備；日常維護(hù)

冷卻水系統(tǒng)是確保水電站持續(xù)運行的主要冷卻系統(tǒng)，對降低主機(jī)設(shè)備運行故障，提升機(jī)組運行的穩(wěn)定性有重要意義，也是提升水電站自動化水平的主要途徑。本文結(jié)合實例案例，對水電站冷卻水系統(tǒng)對主機(jī)設(shè)備的影響及日常維護(hù)做了如下分析。

1、 案例概述

云南某水電站，裝有3臺單機(jī)容量為34MW的沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，全廠技術(shù)供水以機(jī)組為單元，分為三個單元，每個單元由兩臺110kW的水泵從400m3發(fā)電機(jī)尾水集水井抽水與200m3消防水池并用的技術(shù)供水方式。其中200m3消防水池的水源：由小河口泉水經(jīng)加壓水泵及兩套YZJ-500型一體化凈水裝置進(jìn)行處理后，注入高程1180M高位200m3消防水池內(nèi)，能夠保證提供10L/S的取水量。技術(shù)供水泵提供的水源，經(jīng)濾清器（濾水器）及控制閥門，向發(fā)電機(jī)各道軸承冷卻器、空氣冷卻器及主變壓器冷卻器提供0.2-0.4MPa冷卻水。經(jīng)多年運行后，現(xiàn)技術(shù)供水圖如下圖1所示：

圖1 現(xiàn)技術(shù)供水圖

2、 水電站冷卻水系統(tǒng)對主機(jī)設(shè)備的影響

冷卻水系統(tǒng)是水電站發(fā)電機(jī)組持續(xù)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，主要作用是對主機(jī)設(shè)備進(jìn)行冷卻降溫，確保各項設(shè)備都能正常運行，其對主機(jī)設(shè)備的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 防止水壓過低或過高對主機(jī)的影響

由于本站采用技術(shù)供水泵直供方式，導(dǎo)致供水量不夠甚至中斷的原因直接來源于技術(shù)供水泵的運行是否正常及集水井水位過低，此時PLC檢測到主用泵電機(jī)故障和電源故障時，發(fā)出故障報警信號，并停止故障水泵的運行，自動啟動備用泵運行，并將故障信號上送；集水井水位過低則通過高位水池進(jìn)行補(bǔ)給的方式來解決水壓過低或過高對主機(jī)的影響。同時也可以通過機(jī)組單元之間的聯(lián)絡(luò)閥門來確保主機(jī)供水的安全可靠性【1】。

2.2防止結(jié)垢的影響

結(jié)垢是冷卻水系統(tǒng)常見問題，主要原因是隨著冷卻水溫度的升高，冷卻水中的鹽類析出附著在主機(jī)設(shè)備冷卻器表面，從而降低冷卻水系統(tǒng)的散熱效果，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組溫度升高，進(jìn)而影響機(jī)組的正常運行。本電站冷卻水系統(tǒng)中設(shè)置了開式循環(huán)水池，在冷卻水總量保持不變的前提下，冷卻水系統(tǒng)中的結(jié)垢量為常數(shù)，當(dāng)結(jié)垢完成后，冷卻水系統(tǒng)中的循環(huán)水就是軟水，就不會再次產(chǎn)生結(jié)垢。此外，在實際使用中，冷卻水系統(tǒng)中的水是四季長流的山泉水，并經(jīng)過水池沉淀，雜質(zhì)較少，并不會產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，散熱效果有保證，可滿足水電站發(fā)電機(jī)組設(shè)備持續(xù)運行的要求。

2.3防水生物的影響

水生物會使供水管道的截面積降低，減少冷卻水量，難以滿足主機(jī)設(shè)備對散熱效果的需求，甚至?xí)?dǎo)致冷卻器軸承溫度升高，難以持續(xù)運行。在本電站采用了循環(huán)冷卻技術(shù)供水，可有效解決水生物的影響。在循環(huán)水池中加入相應(yīng)的藥劑，可杜絕水生物生長，確保供水的可靠性，針對循環(huán)冷卻器外部生長的水生物，在檢修時進(jìn)行處理即可。

2.4防泥沙的影響

泥沙對冷卻水系統(tǒng)的影響是磨損和堵塞供水系統(tǒng)，如果處理不及時會磨穿冷卻器銅管，降低冷卻效果，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組設(shè)備升溫，進(jìn)而引發(fā)一系列故障。而本電站采用的冷卻水系統(tǒng)為一個閉式系統(tǒng)，在初次運行時采用的冷卻水為山泉水，無泥沙等雜質(zhì)，可有效避免泥沙的影響，提升冷卻水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持久性，確保機(jī)組設(shè)備能正常運行。

2.5降低機(jī)組設(shè)備運行能耗

采用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)后，每臺機(jī)組各有一套獨立的供水系統(tǒng)，兩臺供水水泵，一臺工作，一臺備用。工作水泵隨機(jī)組的開停而開停。該系統(tǒng)的優(yōu)點在于管路系統(tǒng)簡單可靠，水泵自動化接線簡單，管理方便。不從過流管道上直接取水，將該部分水量應(yīng)用于發(fā)電中。該水電站發(fā)出的多余電力，既能供循環(huán)冷卻水系統(tǒng)使用，也可以加入到水電站發(fā)電量中【2】。水電站發(fā)電量越多，節(jié)能效果就越明顯。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水泵的揚程在35～45m之間，當(dāng)水電站水頭超過35～45m時就會產(chǎn)生節(jié)能效果。而本電站的額定水頭662.9m已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該數(shù)值，節(jié)能效果顯著。

2.6提升機(jī)組設(shè)備運行的可靠性

機(jī)組設(shè)備可靠運行是水電站持續(xù)、可靠運行的關(guān)鍵。傳統(tǒng)冷卻水系統(tǒng)會受到河流自熱條件的影響，可靠性比較低，泥沙磨損也是主要的安全隱患，如果冷卻器散熱銅管被磨穿，則會破壞機(jī)組的絕緣層，甚至燒毀電機(jī)。通過應(yīng)用循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)則能有效解決這些問題，為水電站機(jī)組設(shè)備持續(xù)、可靠運行奠定堅實基礎(chǔ)。

3、 水電站冷卻水系統(tǒng)的日常維護(hù)

3.1定期檢查循環(huán)水泵電源供給方式

該電站單元循環(huán)冷卻水系統(tǒng)1#水泵動力電源來自于400V電廠用電Ⅰ段，2#的水泵電源來自于Ⅱ段。在日常維護(hù)中，需要電源供給方式進(jìn)行全面系統(tǒng)檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，確保供電的穩(wěn)定性。即使發(fā)生停電故障，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)可以及時使用。通過此種互為備用的維護(hù)方式，大大提升了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行的可靠性，也提升了水電站機(jī)組設(shè)備運行效率。

3.2定期維護(hù)示流信號器

為提升水電站運行的自動化程度，需要定期對該水電站循環(huán)冷卻水進(jìn)水管、空冷器冷水出水管、推力冷卻水出水管、主軸密封供水管等管路上的熱導(dǎo)式示流信號器進(jìn)行維護(hù)和檢查。當(dāng)冷卻水投入運行后，通過示流信號器可探測到水流情況，并將探測到的結(jié)果傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中。如果發(fā)現(xiàn)示流信號器無法正確傳輸回示流信號，使得機(jī)組設(shè)備頻繁發(fā)生啟動失敗故障。需要進(jìn)行深入探查和分析，如果示流信號器上附著了一層褐色固體物質(zhì)，導(dǎo)致示流信號器的靈敏度降低，通過清理后重新使用，但5天后又發(fā)生了相同故障，就需要更換示流信號器，具體做法如下：

針對此類故障的維護(hù)可以從取消示流信號器入手，用更加先進(jìn)的電磁流量計來代替示流信號器，二者相比，電磁流量計的工作更加穩(wěn)定、故障率極低、受水質(zhì)的影響比較小。在電磁流量計中是設(shè)定報警值，當(dāng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的水流量超過報警值時，電磁流量計內(nèi)部接點立即閉合，并將相關(guān)信號及時傳輸?shù)皆诒O(jiān)控系統(tǒng)，提醒操作人員及時處理。采用此種方法維護(hù)后，從根本上解決了示流信號無法正常返回的問題，大大提升了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，冷卻效果大幅度提升。

3.3定期觀察水冷卻效果

該水電站循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的交換器設(shè)置尾水渠中，通過和尾水渠水進(jìn)行熱交換的方法降低循環(huán)水溫度的的目的。因此，在日常維護(hù)中，需要對冷卻水溫度進(jìn)行定期測量，如果溫度過高，則可通過下述方法進(jìn)行處理。

第一， 加強(qiáng)循環(huán)冷卻水池水資源更換的頻率，特別是炎熱的夏季，如果發(fā)現(xiàn)循環(huán)水池中的溫度偏高，則要立即打開排水，排出溫度較高的循環(huán)水，并補(bǔ)給新鮮的冷卻水，此種方法對提升冷卻效果非常有效。

第二，改變?nèi)∷绞?。在日常維護(hù)如果發(fā)現(xiàn)循環(huán)水換熱效果欠佳，則可停止使用循環(huán)供冷卻水系統(tǒng)，選擇尾水對集水井進(jìn)行補(bǔ)水處理。夏季雨水比較充分，在水中泥沙雜質(zhì)比較多，改變?nèi)∷绞街?，要先對水質(zhì)進(jìn)行檢查，確認(rèn)達(dá)到要求后，才能投入使用。

3.4定期對冷卻水系統(tǒng)管道進(jìn)行檢查維護(hù)

冷卻水系統(tǒng)管道管道經(jīng)過長時間運行后，由于腐蝕、運行管理不善等原因，不可避免的會產(chǎn)生各種損傷和泄露，因此，在日常維護(hù)中，需要對管道進(jìn)行定期檢查試驗，及時發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行處理。由于本電站為高水頭沖擊式機(jī)組，額定轉(zhuǎn)速600r/min，當(dāng)管道出現(xiàn)問題時要求能快速處理并及時切換。

第一， 管道出現(xiàn)砂眼噴水時，可使用哈夫節(jié)或使用瑞普特水激活聚合物纏繞帶幾分鐘即可完成泄漏修復(fù)。若壓力較小，可清理砂眼后用生料帶纏繞與砂眼大小適當(dāng)?shù)哪韭萁z進(jìn)行臨時性修復(fù)。使用以上方式可以在不停機(jī)的情況下快速臨時處理，不影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運行。

第二， 管道焊口斷裂出現(xiàn)噴水時，應(yīng)實情況處理。在正在運行的管道上進(jìn)行焊接作業(yè)是存在風(fēng)險的，這些風(fēng)險包括管壁燒穿，氫脆，極易造成焊道下裂紋。而且一旦焊接部位管道腐蝕穿孔，原管道外壁與補(bǔ)強(qiáng)鋼板之間將會形成帶壓腔體，由于未焊透，焊縫極易被拉裂，會造成更大的損失。在機(jī)組運行中可使用奧普提管道修復(fù)的帶壓修復(fù)，橡膠自粘帶只能承受4 千克/平方厘米的壓力，而纏繞帶固化后，可以承受 300千克/平方厘米的壓力， 承受的間歇溫度高達(dá) 235℃；可用于防腐保護(hù)，加固，管道保護(hù)和絕緣，高達(dá) 16KV.減少了昂貴的緊急水管修復(fù)的成本。

第三， 也可以使用狄莫特滲漏修復(fù)組合進(jìn)行修復(fù)。狄莫特是一種高分子材料，由精選鋼，鋁和其他金屬顆粒配比而成，該產(chǎn)品可以粘接眾多材料表面（金屬或非金屬），它可以結(jié)合任何材料或材料混合物，無論是有缺陷的還是沒有缺陷的。當(dāng)兩組份混合后，不同的分子結(jié)合成高分子鏈，這些高分子鏈交織金屬顆粒形成三維立體結(jié)構(gòu)，形成一種有出色物理性能的全新、耐用金屬基材料。超快型是世界著名的用于堵住油、油脂或潮濕表面的泄露產(chǎn)品。它可以在水和油浸泡環(huán)境中施工。3-4分鐘固化。由于堆焊或者補(bǔ)焊技術(shù)在實際應(yīng)用中存在或多或少的問題，在電站實際運行過程中引用新技術(shù)新材料也將成為一種新的趨勢，它可以在機(jī)組正常運行中進(jìn)行快速搶修，從而保障了設(shè)備的安全，提高了設(shè)備的可靠性，確保電站的經(jīng)濟(jì)運行。

4、結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合實際案例，分析了水電站冷卻水系統(tǒng)對主機(jī)設(shè)備的影響及日常維護(hù)，分析結(jié)果表明，冷卻水系統(tǒng)對主機(jī)設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運行有重要意義，也是提升主機(jī)設(shè)備使用壽命的主要途徑途徑。需要進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)，才能提升冷卻效果。在日常維護(hù)中可以從定期檢查循環(huán)水泵電源供給、定期維護(hù)示流信號器、定期觀察水冷卻效果、引用新技術(shù)新材料對故障搶修等方面入手。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：云南滇能（集團(tuán)）昆明柴石灘發(fā)電有限公司）