小浪底電站技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐

李鵬，孔衛(wèi)起

（黃河水利水電開發(fā)總公司運(yùn)行部，河南濟(jì)源 459017）

小浪底電站技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐

李鵬，孔衛(wèi)起

（黃河水利水電開發(fā)總公司運(yùn)行部，河南濟(jì)源 459017）

鑒于黃河多泥沙的特點(diǎn)，小浪底電站技術(shù)供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上采用了蝸殼水、清水2種水源。清水系統(tǒng)存在回水泵房安全性低、回水泵抽水能力不足、水源供水能力不足的問題。隨著小浪底水庫的逐漸淤積，技術(shù)供水各部冷卻器均有不同程度的泥沙淤積，通過采用混合供水、降低流量等措施保證了當(dāng)前水沙條件下各冷卻器不淤積。

技術(shù)供水；清水；水源不足；泥沙淤積

小浪底電站位于河南洛陽市以北40 km黃河中游最后一段峽谷出口處，地下廠房共裝設(shè)6臺300 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。黃河中游流經(jīng)黃土高原，水土流失嚴(yán)重，汛期過機(jī)含沙量高達(dá)60 kg/m3，而非汛期基本為清水發(fā)電[1]，由此決定了小浪底電站的技術(shù)供水必須采用復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式。

1 技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行方式

水電站的技術(shù)供水對象為各種機(jī)電運(yùn)行設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、軸承冷卻器，水輪機(jī)的軸承冷卻器，水冷式變壓器的冷卻器等[2-3]。技術(shù)供水的主要作用是對用水設(shè)備進(jìn)行冷卻和潤滑，各種用水設(shè)備對供水的水量、水溫、水壓和水質(zhì)均有一定的要求[4]。根據(jù)黃河水質(zhì)條件，每年10月至次年6月為非汛期，過機(jī)水流基本上為清水；7至9月為汛期，過機(jī)含沙量會較高。為解決汛期多沙水流可能堵塞供水管路及機(jī)組冷卻器的問題，小浪底電廠技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多水源、分時(shí)段、正反向供水的方式[5]。

1.1 技術(shù)供水使用蝸殼供水和清水供水2種水源

技術(shù)供水水源分蝸殼供水和清水供水。蝸殼供水采用從每臺機(jī)組蝸殼取水主要供本機(jī)組使用，之后排入尾水，6臺機(jī)組的蝸殼取水通過直徑478 mm的蝸殼取水聯(lián)絡(luò)干管連接，相互備用。清水供水的水源為地下水，從蓼塢備用井和蔥溝備用井泵送至廠外清水池，再自流供給機(jī)組及其他設(shè)備使用。除主變和主軸密封用水泄棄外，其他冷卻后的清水排至廠內(nèi)回水池，經(jīng)回水泵揚(yáng)水至廠外清水池與地下水源井提供的補(bǔ)充水混合后循環(huán)供水，組成清水供水系統(tǒng)[6]。

1.2 蝸殼供水、清水供水分時(shí)段運(yùn)行

最初設(shè)計(jì)將一年分為非汛期、過渡期和汛期，如上面所說每年10月至次年6月為非汛期，7—9月為汛期，7月之前和9月之后一段時(shí)間根據(jù)含沙量可以稱之為過渡期。

在非汛期，由蝸殼取水供機(jī)組全部冷卻器及主變冷卻器，用清水供主軸密封。在過渡期，蝸殼取水供機(jī)組空冷器及主變冷卻器，清水供機(jī)組各軸承冷卻器、主軸密封。機(jī)組各軸承冷卻水回到回水池，經(jīng)回水泵回水到廠外清水池，重新作為技術(shù)供水水源。

在汛期，技術(shù)供水全部由清水供給，除主變、主軸密封用水外，其余大部分清水被循環(huán)利用。

1.3 技術(shù)供水可采用正反向供水方式

為避免冷卻器管路堵塞，機(jī)組各部軸承冷卻器和空冷器在蝸殼供水方式下可實(shí)現(xiàn)反向供水。

2 技術(shù)供水設(shè)計(jì)運(yùn)行方式存在的問題

2.1 回水泵房運(yùn)行安全性較低

廠內(nèi)回水池總?cè)莘e2 000 m3，有效容積1 700 m3。按照單機(jī)清水回水量1 320 m3/h計(jì)算[7-8]，在6臺機(jī)組運(yùn)行的情況下，發(fā)生1臺回水泵無法運(yùn)行的故障，若此時(shí)回水池水位在最高啟泵水位，在短時(shí)間內(nèi)將發(fā)生回水池溢水。

2.2 回水泵房6臺泵抽水能力不足

回水泵房安裝6臺深井泵，單臺回水泵設(shè)計(jì)排量為1 300 m3/h，每3臺泵共用一根出水管，形成一個(gè)排水單元，6臺泵形成2個(gè)排水單元。

原設(shè)計(jì)，在汛期小浪底電站最多5臺機(jī)組同時(shí)運(yùn)行。但機(jī)組投產(chǎn)以來的實(shí)際情況是，在汛期過機(jī)含沙量較大時(shí)下泄流量也較大，此時(shí)需要6臺機(jī)組全部投入運(yùn)行。小浪底電站單臺機(jī)組給水供水用水量統(tǒng)計(jì)表見表1，6臺機(jī)組可回收水總的流量為7 925.28 m3/h，6臺泵理論最大總排量為7 800 m3/h。

2.3 清水水源供水能力不足

清水供水系統(tǒng)有蓼塢備用井和蔥溝備用井2處水源。蓼塢備用井1號泵容量為980 m3/h，2號泵容量為800 m3/h，蔥溝備用井1號泵容量為1 600 m3/h，2號泵容量為1 860 m3/h。

2015年4月3日，小浪底電站進(jìn)行了蔥溝、蓼塢水源井供水能力試驗(yàn)。經(jīng)測試，蓼塢1號泵運(yùn)行，供水流量為1 000 m3/h，蓼塢2號泵運(yùn)行，供水流量為800 m3/h，2臺泵同時(shí)啟用，供水流量為1 400 m3/h；蔥溝1號泵運(yùn)行，供水流量為1 640 m3/h，蔥溝2號泵運(yùn)行，供水流量為1 820 m3/h，2臺泵同時(shí)啟用，供水流量為3 000 m3/h。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，清水系統(tǒng)短時(shí)供水能力為4 400 m3/h。根據(jù)泵房設(shè)備運(yùn)行規(guī)程，兩臺水泵不能同時(shí)運(yùn)行，按照每個(gè)水源井兩臺水泵輪流運(yùn)行計(jì)算，清水水源最大持續(xù)供水能力為2 630 m3/h。

表1 單臺機(jī)組給水供水用水量統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Water consumption statistics for single unit water supply

在考慮回水泵房安全性較低不投運(yùn)的情況，機(jī)組采用清水供水方式下，最大用水量為8 700.48 m3/h（1 450.08×6）；機(jī)組采用混合供水方式下，最大清水用水量為3 305.28 m3/h（550.88×6）?？紤]水源井在持續(xù)供水時(shí)會造成水位下降，泵的供水能力下降，以及泵的故障等因素，水源井供水能力不能滿足汛期機(jī)組用水要求。

3 電站運(yùn)行以來技術(shù)供水運(yùn)行方式及存在的問題

自投產(chǎn)發(fā)電至2013年汛期以前，小浪底水庫進(jìn)水塔前泥沙淤積高程較低，汛期過機(jī)含沙量未達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的定值，蝸殼供水基本滿足了機(jī)組冷卻水的需要，同時(shí)鑒于清水系統(tǒng)存在以上問題，清水系統(tǒng)僅在技術(shù)供水系統(tǒng)閥門檢修、更換工作期間短時(shí)在部分機(jī)組投入過運(yùn)行。目前，機(jī)組軸承及空冷器冷卻用水全年使用蝸殼供水；主軸密封全年使用清水供水；主變冷卻用水在清水和蝸殼供水之間切換，切換原則為當(dāng)庫水位超過245高程且水質(zhì)較好時(shí)使用蝸殼供水，當(dāng)庫水位低于245高程或水質(zhì)較差時(shí)使用清水。這種運(yùn)行方式在前期保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

隨著壩前泥沙淤積高程的增加，2013年和2014年調(diào)水調(diào)沙前，預(yù)計(jì)過機(jī)含沙量會較高。為保證機(jī)組正常運(yùn)行，制定了以下應(yīng)對預(yù)案：如果過機(jī)含沙量大于25kg/m3，將機(jī)組的上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)和推力軸承改為清水供水，發(fā)電機(jī)空冷器仍使用蝸殼水。

2013年7月4日，監(jiān)測到過機(jī)含沙量達(dá)到25 kg/m3，隨即按照預(yù)案要求，將進(jìn)水口高程較低的5號和6號機(jī)組的上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)和推力軸承改為清水供水。在2014年調(diào)水調(diào)沙期間，運(yùn)行巡檢所記錄的過機(jī)含沙量最高值為14.22 kg/m3，機(jī)組一直采用蝸殼供水方式，為防止泥沙沉積在機(jī)組技術(shù)供水管路內(nèi)壁，停機(jī)后機(jī)組技術(shù)供水仍保持在過水狀態(tài)，并通過切換正反向供水閥，執(zhí)行若干次正、反向供水操作。

2013年6號機(jī)組大修時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)軸承冷卻器管路內(nèi)有輕微淤積。2014年4號機(jī)組大修時(shí)，對各冷卻器管路進(jìn)行檢查，內(nèi)部均有不同程度的淤積，推力冷卻器淤積尤為嚴(yán)重，空冷器淤積比較輕微。

綜上所述，機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)存在的問題主要為：回水泵不能投運(yùn)導(dǎo)致清水水源供應(yīng)不足的矛盾；機(jī)組用水量大與回水泵容量不足的矛盾；回水泵房可靠性低與安全生產(chǎn)的矛盾。如通過試驗(yàn)?zāi)軌蚪档蜋C(jī)組技術(shù)供水流量，可緩解以上矛盾。

4 技術(shù)供水流量降低試驗(yàn)

2015年1月19日至21日，小浪底電站利用4號機(jī)組進(jìn)行了降低技術(shù)供水流量試驗(yàn)?？紤]到上導(dǎo)、下導(dǎo)和水導(dǎo)軸承正常技術(shù)供水流量較低且瓦溫均大于50℃，沒有進(jìn)行降低技術(shù)供水流量的必要性，因此只進(jìn)行了推力軸承和空冷器的降低技術(shù)供水流量試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)，在使用清水供水，進(jìn)水溫度在16℃的情況下，推力軸承技術(shù)供水流量降至150 m3/h，推力瓦溫度可穩(wěn)定運(yùn)行在45℃左右；發(fā)電機(jī)空冷器技術(shù)供水流量降至770 m3/h，定子線圈溫度可穩(wěn)定運(yùn)行在80℃左右，鐵芯溫度可穩(wěn)定運(yùn)行在54℃左右。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定機(jī)組最低技術(shù)供水流量如下表，考慮夏季清水溫度在19℃左右，此流量在夏季也可滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。小浪底電站單臺機(jī)組給水供水最低用水量統(tǒng)計(jì)表見表2。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，小浪底機(jī)組技術(shù)供水用水量最低為1 067.68 m3/h，加上一定裕度，小浪底機(jī)組單機(jī)技術(shù)供水用水量約為1 100 m3/h。

表2 單臺機(jī)組給水供水最低用水量統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Minimum water consumption statistics for single unit water supply

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，機(jī)組在技術(shù)供水流量最低時(shí)，按照清水水源2 600 m3/h供水能力計(jì)算，若采用混合供水方式，僅各部軸承、主變及主軸密封使用清水，用水量為297.68 m3/h，清水水源可滿足6臺機(jī)組持續(xù)運(yùn)行；若采用機(jī)組各部件全部使用清水，單機(jī)清水用水量為1 100 m3/h，清水水源最多可滿足2臺機(jī)組持續(xù)運(yùn)行。

5 目前采取的技術(shù)措施

根據(jù)以上試驗(yàn)，在當(dāng)前設(shè)備條件下，小浪底電站制定了以下技術(shù)措施，在保證運(yùn)行安全的前提下，在過機(jī)含沙量較高時(shí)避免或減輕各部冷卻器管路的淤堵。

1）機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)多于2臺時(shí)，機(jī)組采用混合供水的運(yùn)行方式（蝸殼水供空冷器，清水供機(jī)組各軸承冷卻器、主軸密封及主變冷卻器），清水直接排走不再循環(huán)利用。

2）在開機(jī)臺數(shù)不多于2臺時(shí)，降低空冷器流量，運(yùn)行機(jī)組全部使用清水供水方式。

3）機(jī)組停機(jī)后，使用清水的冷卻器停止供水，空冷器保持過水，減輕管路淤積。

6 所采取技術(shù)措施的成效及仍存在的問題

2015年調(diào)水調(diào)沙期間，為避免技術(shù)供水管路淤積，在預(yù)計(jì)高含沙水流到達(dá)之前，即按照以上技術(shù)措施，將小浪底電站6臺機(jī)組的技術(shù)供水切換為混合供水的運(yùn)行方式，同時(shí)在機(jī)組停機(jī)后，空冷器保持過水，以減輕管路淤積。2015年小浪底電站2號機(jī)組大修時(shí)，對各部冷卻器進(jìn)行拆解檢查，管路中基本無淤積現(xiàn)象，所采取的技術(shù)措施在目前的水沙條件下是行之有效的。

目前的水沙條件下，每年高含沙水流持續(xù)時(shí)間較短，過機(jī)含沙量較低。隨著小浪底壩前淤積高程逐步增加，預(yù)計(jì)機(jī)組運(yùn)行條件會更加惡劣，可能會導(dǎo)致減壓閥、濾水器、閥門、冷卻器、管路等技術(shù)供水設(shè)備的磨損和堵塞，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。鑒于此，目前已提出了建設(shè)新的清水水源、投運(yùn)西溝水庫、采用新型高效率空氣冷卻器等多個(gè)方案，屆時(shí)需對不同方案做出技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，對技術(shù)供水系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，才能夠滿足小浪底電站持續(xù)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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Operation Practice of Technical Water Supply System of Xiaolangdi Hydropower Station

LI Peng，KONG Weiqi
（Operation Department，Yellow River Water Resources and Hydropower Development Corporation，Jiyuan 459017，Henan，China）

In view of the sediment of the Yellow River，the technical water supply of Xiaolangdi hydropower station is designed to use both spiral case water and clean water.The clean water system has several problems，such as low security of the pump room，low deficiency of the water pumping ability and the deficiency of underground water supply capacity.As Xiaolangdi reservoir sedimentation grows，the various parts of the technical water cooler have different degrees of sediment.Measures such as use of mixed water supply and reducing water supply helps to ensure the sediment to be deposited on the cooler under the present conditions.

technical water supply；clean water；clean water shortage；sediment deposition

2015-10-20。

李 鵬（1973—），男，高級工程師，從事水電廠運(yùn)行管理工作。

（編輯 李沈）

1674-3814（2016）05-0114-04

TV737

A

黃河水利水電開發(fā)總公司技術(shù)研究項(xiàng)目（2015-1-3）。

Project Supported by Technology Research Project of Yellow River Water Resources and Hydropower Development Corporation（No.2015-1-3）.