水庫電站技術(shù)供水系統(tǒng)

                  水庫電站技術(shù)供水系統(tǒng)

                   上海申弘閥門有限公司

之前介紹在線調(diào)節(jié)減壓閥，現(xiàn)在介紹水庫電站技術(shù)供水系統(tǒng)在對(duì)水庫電站技術(shù)供水系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，可以從開發(fā)到利用，形成一種有規(guī)律的發(fā)展模式。具體到：設(shè)計(jì)采用了頂蓋取水技術(shù)供水系統(tǒng)實(shí)踐表明，頂蓋取水在該電站中應(yīng)用不僅能改善水質(zhì)，而且水量、水壓均能滿足運(yùn)行要求，供水系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性得以提高，并節(jié)省了廠用電，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益
關(guān)鍵詞：水電站；供水系統(tǒng)；水輪機(jī)；東留水庫
Abstract: the technical water supply system of hydropower station based on the analysis, from the development to use, form a regular pattern of development. Specific to: design using the technique of taking water from head cover water supply system practice shows, taking water from head cover in the power plant application not only can improve water quality, and water, water can meet the operation requirements, water supply system operation reliability can be improved, and save the plant electricity, has good economic benefit
Key words: hydropower station; water supply system; hydraulic turbine; East remain reservoir
    在河道水能開發(fā)規(guī)劃中，為充分利用水能，常規(guī)劃為梯級(jí)開發(fā)。而梯級(jí)開發(fā)是由水庫電站與徑流式電站組成，水庫電站往往稱為水庫電站，水庫電站的水庫對(duì)河道水流進(jìn)行季調(diào)節(jié)或年調(diào)節(jié)，使河道水流較為均勻地下泄，使下游徑流式電站受益。近幾年在水電建設(shè)中常有對(duì)水庫電站工程單獨(dú)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)，出現(xiàn)投資大、效益差、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)難以成立或不能成立的情況。本文就其主要原因及其對(duì)策進(jìn)行分析，并通過水庫電站工程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)實(shí)例加以說明。
        0 主要原因分析及對(duì)策探討
        近幾年出現(xiàn)水庫電站工程單獨(dú)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)難以成立或不能成立的情況，其原因是多方面的。下面通過對(duì)國家宏觀調(diào)控政策、當(dāng)前物價(jià)水平、河道水能梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃等條件，以下從水庫電站工程具體的分析。
        1 頂蓋取水的技術(shù)供水分析
        頂蓋取水是利用轉(zhuǎn)輪密封漏水作為機(jī)組技術(shù)供水的供水方式，在水電站運(yùn)行中，從水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上迷宮環(huán)漏到頂蓋中的水一般經(jīng)轉(zhuǎn)輪泄水錐排到尾水管，這部分水不經(jīng)過轉(zhuǎn)輪葉片做功，是水輪機(jī)容積損失的一部分福建省曾在幾座工程中應(yīng)用了水輪機(jī)頂蓋取水技術(shù)取得了成功，但其水頭基本都在200米以上，在200米以內(nèi)水頭段應(yīng)用極少實(shí)踐證明，這種供水方式水源可靠，水量充足，迷宮間隙對(duì)漏水起到了良好的減壓和過濾作用，水質(zhì)比常規(guī)濾水器過濾清潔（迷宮間隙約1mm，一般濾水器網(wǎng)孔直徑5mm），水壓相對(duì)穩(wěn)定，可在轉(zhuǎn)輪某一半徑頂蓋取水口處獲得所需的水壓，對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行未發(fā)現(xiàn)有不良影響這種取水運(yùn)行方式節(jié)省廠用電，操作簡單，能隨機(jī)組啟、停而自動(dòng)投，頂蓋取水口一般設(shè)置2個(gè)，水量隨機(jī)組出力增加而增加，均能滿足甚至超過機(jī)組各種運(yùn)行工況所需冷卻水量基于頂蓋取水*的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪梳齒迷宮間隙的分析，結(jié)合對(duì)以往電站頂蓋取水水壓、水量的系統(tǒng)分析，本電站雖然水頭較低，但水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪相對(duì)較大，把頂蓋取水口置于靠近上冠邊緣，盡量遠(yuǎn)離大軸中心，使引出的水受轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的離心力作用，產(chǎn)生較高的壓力，水壓能達(dá)到要求同時(shí)，通過增加取水口的數(shù)量，以便盡量增加水量，滿足機(jī)組冷卻用水的要求。
        為確保技術(shù)供水水源的可靠，根據(jù)電站的水頭范圍，設(shè)計(jì)考慮下游尾水取水，采用水泵集中供水作為機(jī)組備用水源。由于水泵供水為備用水源，若增設(shè)備用泵會(huì)給廠房布置帶來困難，因此，僅設(shè)置兩臺(tái)工作泵泵出口與技術(shù)供水總管及頂蓋取水管聯(lián)接



        2 技術(shù)供水系統(tǒng)圖的擬定
        擬定技術(shù)供水系統(tǒng)見圖，圖中的穩(wěn)壓池與廠房發(fā)電機(jī)層高差25m設(shè)置穩(wěn)壓池有如下優(yōu)點(diǎn)：水電站的技術(shù)供水系統(tǒng)由水輪發(fā)電機(jī)組軸承、發(fā)電機(jī)的冷卻水系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)直接影響到機(jī)組運(yùn)行的安全性及電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)型；技術(shù)供水系統(tǒng)要根據(jù)水電站的基本技術(shù)參數(shù)及設(shè)備要求的技術(shù)供水參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和論證，使設(shè)計(jì)方案要符合規(guī)范要求，使系統(tǒng)滿足機(jī)組在各種工況下的正常安全運(yùn)行。
技術(shù)供水系統(tǒng)對(duì)象為發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承油冷卻器、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、推力軸承油冷卻器、水輪機(jī)導(dǎo)軸承油冷卻器。水電站機(jī)組技術(shù)供水中的冷卻水對(duì)電站機(jī)組的安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，冷卻水運(yùn)行不正常，會(huì)造成機(jī)組溫度升高，報(bào)警、甚至停機(jī)事故。
松潘縣的燕云電站（H=120M，N=2×8MW）；鎮(zhèn)江關(guān)電站（H=102M，N=2×14MW）；紅土電站（H=188.5M，N=2×16MW）屬于中高水頭電站。根據(jù)《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T5186-2004》的

規(guī)定：
1、小水頭小于15m時(shí)，宜采用水泵供水方式。
2、凈水頭范圍為15m-70m時(shí)，宜采用自流供水方式。
3、凈水頭范圍為70m-120m時(shí)，宜采用自流減壓或其他供水方式。
4、凈水頭大于120m，選用供水方式時(shí)，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。
5、當(dāng)水電廠水頭變化范圍較大，采用單一供水方式不能滿足需要或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用混合供水方式。
6、在布置條件允許且經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，可選用中間水池供水方式。


根據(jù)規(guī)定，燕云，鎮(zhèn)江關(guān)電站都宜選用自流減壓技術(shù)供水方式。紅土電站的水頭較高，可以考慮水泵供水，閉式循環(huán)供水，或是中間水池自流供水。下面可以就這幾種技術(shù)供水方式做一個(gè)比較：
1、水泵供水：水泵是動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，傳給并排出水體的機(jī)械。對(duì)于電站來說，水泵是大量消耗廠用電的主要設(shè)備之一，而動(dòng)力機(jī)的運(yùn)行效率是不斷下降的，勢(shì)必需要不斷投入大量的維護(hù)成本和工作人員的高強(qiáng)度勞動(dòng)。
位于貴州的天生橋二級(jí)電站（H=220m，N=220WM×6）原技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為水泵加壓供水與自流減壓供水兩套系統(tǒng)互為備用。電站投運(yùn)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，水泵隨機(jī)組開停機(jī)而不斷啟閉，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，一則容積損失加大，易進(jìn)入
空氣，引起水泵運(yùn)行故障；二則水泵葉輪經(jīng)氣蝕后效率不斷下降，加上用電，運(yùn)行維護(hù)成本高，水泵也容易損壞。電站方出于運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)型考慮，放棄水泵加壓供水，而啟用原本作為備用技術(shù)供水的自流減壓系統(tǒng)。
啟用自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)后，自1996年至今未發(fā)生一起因?yàn)樵撓到y(tǒng)引發(fā)的安全事故，十余年來也未對(duì)減壓閥進(jìn)行更換，極大地減輕了運(yùn)行費(fèi)用和工作人員的工作強(qiáng)度，類似情況也發(fā)生在四川紫坪鋪電站等多個(gè)電站?？梢娝玫淖鳛闄C(jī)械，效率隨運(yùn)行時(shí)間的增加而低下的情況是一種普遍的客觀存在。
2、閉式循環(huán)取水：
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥閉式循環(huán)系統(tǒng)同樣是采用水泵加壓，不過采取的方式為自取水口取水后，由供水泵打至沉淀池，經(jīng)沉淀池沉淀以后再分配給各臺(tái)機(jī)組的供水方式。該套系統(tǒng)由尾水冷卻器、循環(huán)水池及泵房、循環(huán)水泵及電器控制柜、供水總管、回水總管5部分組成。工作原理是在清水期將循環(huán)水池充滿清水，在渾水期利用循環(huán)水泵將池內(nèi)清水打入冷卻器，經(jīng)過冷卻后進(jìn)入機(jī)組供水母管，分配至各臺(tái)機(jī)組冷卻系統(tǒng)使用，各臺(tái)機(jī)組冷卻后的回水匯入回水母管，返回循環(huán)水池，從而形成閉式循環(huán)技術(shù)供水。該方式大的優(yōu)勢(shì)在于因?yàn)闆]有從河面取水，而保證了進(jìn)入機(jī)組的水源的清潔，不會(huì)因?yàn)樗须s質(zhì)造成水泵及機(jī)組的損壞。大的弊端在于投入成本高昂，而且對(duì)原本緊湊的水電站廠房有更高的空間要求，需要根據(jù)機(jī)組用水量修建沉淀池，泵房，增加大量管道（參見對(duì)比圖1 閉式循環(huán)技術(shù)供水系統(tǒng)與圖2自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)），還需要布置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。而因?yàn)槠淅鋮s水來源仍為水泵，水泵運(yùn)行效率的不斷下降與廠用電的大量消耗仍無法避免。
3、自流減壓供水：自流減壓供水指的是當(dāng)水電站水頭超過用水的規(guī)定水壓值時(shí)，在技術(shù)供水系統(tǒng)中裝設(shè)減壓裝置削減多余水頭的自流供水方式。根據(jù)《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T5186-2004》的規(guī)定，當(dāng)水力發(fā)電站進(jìn)口水頭在70-120米的范圍內(nèi)，宜采用自流減壓供水及其他供水方式。當(dāng)進(jìn)口水頭大于120米時(shí)，應(yīng)對(duì)技術(shù)供水方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。當(dāng)進(jìn)口水頭壓差較大時(shí)可以采取混合技術(shù)供水方式供水。
自流減壓對(duì)于中高水頭的水電站來說是為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)供水方式。其系統(tǒng)由濾水器與減壓閥，安全泄壓閥組成，原理是從壓力鋼管或者蝸殼上直接取水，通過濾水器過濾后進(jìn)入減壓閥，或者經(jīng)過減壓后進(jìn)入濾水器進(jìn)行過濾，經(jīng)過過濾的
        a若由于上游水位變化引起頂蓋取水壓力的波動(dòng)，可通過穩(wěn)壓池進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)特別當(dāng)頂蓋取水壓力過高時(shí)，通過穩(wěn)壓池的減壓可避免發(fā)電機(jī)推力軸承負(fù)荷增大而引起瓦溫異常升高同時(shí)，機(jī)組負(fù)荷增大引起頂蓋取水流量大于機(jī)組所需用水量，水量增加部分亦可通過穩(wěn)壓池進(jìn)行調(diào)節(jié)
        b技術(shù)供水泵的工作由穩(wěn)壓池的液位信號(hào)器控制，可避免水泵直接向水用戶供水引起壓力、流量的波動(dòng)特別是當(dāng)發(fā)電機(jī)組未在額定工況運(yùn)行時(shí)，水泵流量大于冷卻器所需水量，水泵運(yùn)行在非*工況區(qū)，引起水泵組效率下降設(shè)置穩(wěn)壓池，可改善水泵運(yùn)行工況，降低廠用電的消耗
        c若由于上游水庫水位降低到低工作水位引起頂蓋取水水量和水壓的不足，可通過啟動(dòng)技術(shù)供水泵將尾水送至穩(wěn)壓池，進(jìn)行水量和水壓的補(bǔ)充
        3 系統(tǒng)應(yīng)用情況及供水效益分析
        頂蓋取水供水系統(tǒng)自 年 月投入運(yùn)行初期運(yùn)行時(shí)，機(jī)組空載運(yùn)行，測(cè)得頂蓋取水水壓為0.2MPa，帶上額定負(fù)荷時(shí)，其取水水量為以前的2倍，水量與機(jī)組負(fù)荷成正比，基本為線性關(guān)系取水水壓隨上游庫水位的增減而增減，與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系不大各種運(yùn)行工況，水質(zhì)、水量、水壓均能滿足要求機(jī)組剛剛啟動(dòng)時(shí)，存在短時(shí)水量和水壓滿足不了要求的情況，但仍能滿足啟動(dòng)需要，因?yàn)樵趩?dòng)初期，機(jī)組各軸承負(fù)荷及溫度都較低，機(jī)組從空載到帶上負(fù)荷歷時(shí)很短，冷卻用水能滿足要
        求各種運(yùn)行工況機(jī)組軸承溫度均低于45攝氏度。
        水輪機(jī)頂蓋取水不僅水質(zhì)干凈，運(yùn)行可靠，其經(jīng)濟(jì)效益也非常顯著在東留水庫電站中，每臺(tái)機(jī)組需供水量為180m3/h ，按常規(guī)采用尾水取水水泵供水作為主水源的供水方式，需設(shè)置3臺(tái)離心水泵，其中2臺(tái)為工作泵，1臺(tái)為備用泵，每臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)功率為45kW這種供水方式，其供水可靠性相對(duì)較低容易出現(xiàn)因水泵組機(jī)械、電氣故障而引起的技術(shù)供水不正常，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，減少發(fā)電量，而且水泵供水還存在水泵的維護(hù)、檢修、耗電等問題.年耗電10.8萬元采用頂蓋取水作為主水源的供水方式，不僅節(jié)省了電能，而且大大提高了供水的質(zhì)量和可靠性


        4 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)
        在中高水頭水電站中，采用頂蓋取水作為機(jī)組技術(shù)供水，不僅能降低廠用電的消耗，而且提高了技術(shù)供水的水質(zhì)和可靠性，實(shí)現(xiàn)了供水、停水與開機(jī)、停機(jī)同步，并且節(jié)省了因泵房布置困難而帶來的土建投資增加，減少機(jī)電設(shè)備的一次性投資，簡化設(shè)備操作、維護(hù)工作量鑒于頂蓋取水*的優(yōu)點(diǎn)，在充分論證的基礎(chǔ)上，對(duì)150m左右水頭段電站應(yīng)積極推廣頂蓋取水技術(shù).
         1)確定合適的電價(jià)。財(cái)務(wù)電價(jià)可由電力部門或由建設(shè)單位調(diào)查提供，如果偏低，可向國家和主管部門提出采取優(yōu)惠政策的建議，適當(dāng)提高財(cái)務(wù)電價(jià)。經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)可采用現(xiàn)行的影子電價(jià)，如無現(xiàn)行的影子電價(jià)時(shí)，可參照財(cái)務(wù)電價(jià)確定。
        2)盡可能降低大壩工程投資。水庫電站工程，大壩投資占到總投資的60％～70％，對(duì)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)影響較大，所以對(duì)于壩型方案，應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件，優(yōu)化壩型，在確保工程安全的前提下，大限度地降低大壩工程投資。
        (3)計(jì)入下游電站增發(fā)電量。由于水庫電站工程較為均勻的調(diào)節(jié)了下游流量，從而在梯級(jí)開發(fā)段內(nèi)，使下游徑流式電站發(fā)電量增加，所以水庫電站單獨(dú)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)計(jì)人這部分增加效益。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應(yīng)用