任哲明，李永恒

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

1 概述

荒溝抽水蓄能電站位于黑龍江省海林市境內(nèi)。電站距牡丹江市130 km，距蓮花壩址43 km。電站由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、下水庫、地面開關(guān)站及副廠房系統(tǒng)組成。上、下水庫水平距離約2 500 m。輸水系統(tǒng)：引水系統(tǒng)長約1 700 m，采用2 洞4 機(jī)的布置方式，共在上平段設(shè)有2 個上游調(diào)壓井；尾水系統(tǒng)長約1 300 m，也采用2 洞4 機(jī)的布置方式，共設(shè)有2個尾水調(diào)壓井。電站裝有4 臺單機(jī)容量為300 MW 的水泵水輪發(fā)電機(jī)組，電站總裝機(jī)容量為1 200 MW。機(jī)組水輪機(jī)工況水頭范圍為：444.75～404.38 m，水泵工況水頭范圍為：455.55～419.44 m，年發(fā)電1 530 h，年抽水2 008 h，建成后承擔(dān)黑龍江省及東北電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻和事故備用任務(wù)。

2 技術(shù)供水方式選擇

荒溝抽水蓄能電站的下庫為蓮花水庫，常年水質(zhì)較好，含沙量低，因此不考慮熱交換器密閉循環(huán)二次冷卻的方式。根據(jù)水頭及本工程實際情況，可以采用的供水方式有：尾水自流減壓取水，尾水取水閉式循環(huán)水泵供水。

方案一：從機(jī)組尾水管取水，自流減壓供水方案。即：利用尾水水壓自流減壓供水，技術(shù)供水排水至集水井，然后用水泵將集水井內(nèi)的水排至尾水事故閘門后（下水庫側(cè)）的尾水洞內(nèi)。

方案二：從機(jī)組尾水管取水，水泵增壓供水方案。即：從尾水管取水，經(jīng)水泵增壓后，向用戶供水。冷卻水的排水經(jīng)排水總管排至尾水事故閘門前（機(jī)組側(cè)）的尾水洞內(nèi)。

方案一須在廠內(nèi)設(shè)置足夠容量的集水井，加大廠房結(jié)構(gòu)開挖，且機(jī)組運行時，若集水井內(nèi)排水泵出現(xiàn)故障，可能引起水淹廠房事故，同時增加了廠用電耗電量，其經(jīng)濟(jì)性及安全性均較差，故不采用。而方案二為閉式供水系統(tǒng)，具有安全可靠的優(yōu)點。

綜上所述，確定機(jī)組技術(shù)供水方式采用方案二。即機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)機(jī)組技術(shù)供水采用水泵單元供水方式。為防止調(diào)相壓水空氣進(jìn)入技術(shù)供水管路，在每臺機(jī)組尾水閘門前（主廠房側(cè)）設(shè)一取水口取水，由水泵加壓，經(jīng)濾水器過濾后供至各供水用戶，最終排水至相應(yīng)機(jī)組尾水管肘管段。每條輸水隧洞內(nèi)的兩臺機(jī)組之間預(yù)留性能試驗排水管，取水口和排水口的間距76 m 左右，以防止形成熱短路。由1 號、4 號機(jī)組尾水事故閘門后（下游水庫側(cè)）的尾水洞內(nèi)取水聯(lián)絡(luò)成全廠公用供水總管，每臺機(jī)組的技術(shù)供水備用水源和全廠公用供水用戶均取自該總管。全廠每臺機(jī)組設(shè)2 臺技術(shù)供水泵，1 臺工作，1 臺備用。每臺機(jī)組配2 臺自動濾水器，1 臺工作，1 臺備用。主軸工作密封供水主水源取自機(jī)組單元技術(shù)供水總管，經(jīng)水泵加壓并經(jīng)過濾器過濾后供至主軸工作密封；備用水源取自進(jìn)水閥上游壓力鋼管，采用減壓供水；設(shè)置4 臺水泵、8 臺自動濾水器（4 臺工作，4 臺備用）、4 臺主軸密封濾水器、4 只減壓閥。全廠公用供水系統(tǒng)由全廠公用供水總管取水，經(jīng)濾水器過濾后供至各用戶，設(shè)置2 臺自動濾水器，1 臺工作，1 臺備用。主變空載供水采用水泵單元供水方式，每臺主變設(shè)置2 臺空載供水泵，1 臺工作，1 臺備用；全廠的4 臺主變的空載技術(shù)供水排水管設(shè)1聯(lián)絡(luò)總管貫穿全廠，當(dāng)1 臺機(jī)組檢修時排水至其他機(jī)組的尾水管內(nèi)。技術(shù)供水濾水器安裝在水泵出水側(cè)，排污至尾水管內(nèi)，全廠公用濾水器排污至滲漏井內(nèi)，主軸密封用濾水器排污至滲漏井內(nèi)。空壓機(jī)的冷卻用水取自全廠公用供水總管，自流排水至滲漏井內(nèi)。

3 系統(tǒng)設(shè)計

荒溝技術(shù)供水系統(tǒng)分為機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)和全廠公用供水系統(tǒng)。機(jī)組技術(shù)供水用戶包括：發(fā)電電動機(jī)空氣冷卻器、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、主軸密封、上下止漏環(huán)和主變滿載。全廠公用供水用戶包括：機(jī)組的備用取水、主變空載、中壓空壓機(jī)冷卻水、引水隧洞充水、機(jī)電設(shè)備消防、建筑消防、建筑空調(diào)冷卻供水、生活供水等。根據(jù)廠家的要求，球閥、調(diào)速器的回油箱和SFC 沒有供應(yīng)冷卻水。各用戶的用水量見表1。

表1 技術(shù)供水用戶參數(shù)表

荒溝的技術(shù)供水間接取自下水庫，下水庫的水溫在不同的季節(jié)平均水溫會有差異，在水溫低的時候較低的流量即可滿足冷卻要求，在水溫高的時候需要較高的流量滿足冷卻要求，同時機(jī)組的運行對泵的流量要求能在一定范圍內(nèi)變化，在不同季節(jié)需要調(diào)節(jié)手動流量調(diào)節(jié)閥，盡量保證管路處在滿流狀態(tài)，以保證管路上自動化元件的正常測量，技術(shù)供水流量總的來說較大。雙吸泵相當(dāng)于兩個相同直徑的單吸葉輪同時工作，在同樣的葉輪外徑下流量可增大一倍，恰好滿足上述要求。

水泵揚程選擇方面，供、排水均連接尾水，只需克服閉式技術(shù)供水管路水力循環(huán)所需克服的水力損失，理論上發(fā)電機(jī)空冷支路距離供排水管的進(jìn)出水口最遠(yuǎn)端的兩臺空氣冷卻器為整個系統(tǒng)所需揚程最大的用戶，即水泵揚程的控制點，因此選擇水泵主要看水泵的揚程以及流量對應(yīng)的曲線是否符合要求。綜上所述所需泵的揚程相對不高，揚程根據(jù)流量的變化而變化，因此技術(shù)供水泵應(yīng)選擇性能曲線較平滑的泵型，可以適應(yīng)不同流量、揚程的工況。各水泵的具體參數(shù)見表2。

表2 技術(shù)供水泵參數(shù)表

水泵選擇臥式水平中開布置，具有利于泵和進(jìn)出水管的布置與安裝、噪音低等優(yōu)點，缺點是需要較大布置空間，但本工程水泵布置在蝸殼層上游側(cè)，上游側(cè)還布置進(jìn)水主閥，主閥的體積較大，所以水泵的尺寸不會成為廠房的控制尺寸。為了防止技術(shù)供水水泵停機(jī)時反轉(zhuǎn)，在水泵出水管上裝設(shè)止回閥。

考慮到主變在機(jī)組處于停機(jī)、檢修狀態(tài)等長時間連續(xù)處于空載狀態(tài)，需要長時間連續(xù)供應(yīng)冷卻水，設(shè)計單獨配置立式離心泵為其供水。立式離心泵占地面積小，剛好滿足主變冷卻水流量不大，水泵布置在機(jī)組蝸殼層的左側(cè)或者右側(cè)廊道內(nèi)空間相對有限的要求。

技術(shù)供水必須保持一定的壓力，壓力過低時不能維持要求的流量，壓力過高時可能使用水設(shè)備損壞，甚至擊穿用水設(shè)備，導(dǎo)致水淹廠房。荒溝抽水蓄能電站淹沒深度較大，機(jī)組的吸出高度為-65 m，供水設(shè)備所承受的尾水的靜水壓力比較大。機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)工作壓力為1.0～1.2 MPa；全廠公用供水系統(tǒng)工作壓力為0.65～1.4 MPa。根據(jù)工程調(diào)保計算結(jié)果，尾水進(jìn)口處最大壓力在1.6 MPa 左右。故要求管路、閥門耐壓等級有一定安全裕量，因此技術(shù)供水系統(tǒng)（包括與之連接的檢修氣系統(tǒng)）除特殊位置外，大部分采用2.5 MPa 等級的冷卻器、管路、閥門、管件及自動化元件。

由于主軸密封供水所需壓力、水質(zhì)要求均高于機(jī)組技術(shù)供水，機(jī)組技術(shù)供水不能滿足其需求，故主軸密封供水單獨設(shè)置。主軸密封供水主水源采用增設(shè)加壓泵供水，加壓泵取水取自機(jī)組技術(shù)供水干管，經(jīng)過機(jī)組技術(shù)供水濾水器過濾后再經(jīng)過精密濾水器過濾，來滿足壓力、水質(zhì)、流量等要求。備用水源采用壓力鋼管自流減壓供水作為備用水源的方式，取自進(jìn)水閥前壓力鋼管段，經(jīng)過兩臺精度不同的濾水器后供機(jī)組主軸密封使用，主軸密封供水泄壓部分取自減壓閥后，連接到尾水管肘管段。

止漏環(huán)供水支路直接取自技術(shù)供水，本支路技術(shù)供水直接供給到轉(zhuǎn)輪的上下止漏環(huán)和頂蓋底環(huán)上的固定止漏環(huán)間，與轉(zhuǎn)輪上冠下環(huán)相連接，此處的壓力較高，因此支路的末端至止回閥（包含止回閥）前，采用4 MPa 等級的壓力管路?；臏系乃|(zhì)相對較好主機(jī)廠并未提出加裝濾水器。本支路需要參與機(jī)組的自動化控制中，因此加裝了電動閥門，電動閥門應(yīng)選擇力矩較大的閥門，這樣可以保證閥門的快速啟閉，快速響應(yīng)機(jī)組的啟動和停機(jī)。

在管路的管徑選擇方面，管徑的選擇與流速、流量相關(guān)，由式(1)可知在流量要求一定的情況下管徑只與流速有關(guān)。由式（2）、式（3）、式（4）可知，管路的沿程水損和局部水損均與流速的平方成正比關(guān)系。每提高約40%的流速，揚程需要提高1 倍，水泵等設(shè)備的投資和廠用電的消耗均成倍增加。因此盡量把流速控制在1 m/s 左右。管路采用外徑系列1 的通用管徑，對應(yīng)配套系列1 的管件。

全廠技術(shù)供水總管上布置有溫度變送器、溫度計、壓力表和壓力變送器，排水總管上布置有電磁流量計，各個軸承支路供水側(cè)均布置有壓力表，排水側(cè)均布置有電磁流量計，壓力表和溫度計。水導(dǎo)軸承、主軸密封、止漏環(huán)供水支路單獨布置有示流信號器。各個濾水器前后均布置有差壓變送器。每個供水支路均設(shè)有節(jié)流孔板或流量調(diào)節(jié)閥來保證每個支路的流量都能滿足設(shè)計要求。各支路既可以在現(xiàn)地監(jiān)測，也可以在線監(jiān)測溫度、壓力、流量等參數(shù)，及時監(jiān)測設(shè)備的異常狀態(tài)并采取一定措施。每臺水泵的進(jìn)、出水口均布置了壓力表，在出水側(cè)還布置了壓力信號器，用來檢測管路的壓力，出現(xiàn)異常情況下及時停泵。濾水器的排污管路、中壓空壓機(jī)冷卻水供水支路、主軸密封備用供水支路、上下止漏環(huán)供水支路、主變的（空載、滿載）支路均設(shè)有電動閥門，隨機(jī)組、用水設(shè)備的工況轉(zhuǎn)換而自動控制相應(yīng)支路的開閉。

4 結(jié)語

本文主要從荒溝抽水蓄能電站技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計、設(shè)備選擇、設(shè)備布置等3 個方面淺析荒溝抽水蓄能電站的技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計方案?；臏铣樗钅茈娬炯夹g(shù)供水系統(tǒng)按照無人值班少人值守的原則配置，保證機(jī)組正常啟動、停機(jī)和工況轉(zhuǎn)換（包括抽水、發(fā)電和調(diào)相等）下機(jī)組的技術(shù)供水，使技術(shù)供水除自動操作外，也可手動操作；并保證技術(shù)供水在系統(tǒng)中處于備用狀態(tài)時，可隨時啟動投入，保障機(jī)組安全穩(wěn)定的運行。