吐木秀克水电站技术供水系统设计

2011-04-14朱烨华

水利规划与设计 2011年5期

朱烨华

（新疆水利水电勘测设计研究院乌鲁木齐 830000）

1 前言

吐木秀克水电站位于阿克苏库玛拉克河协和拉渠首下游，为引水式电站。电站装机容量48MW，装有2台HLD267－LJ－203水轮发电机组。电站最大水头76.4m，加权平均水头75.8m，最小水头74.7m。机组额定水头 75.0m，额定流量为35.9m3／s，额定转速为333.33r／min。

库玛拉克河是新疆典型的多泥沙河流。库玛拉克河非汛期来水来沙比较小，来水来沙主要集中在5～9月，来沙量占全年的99%，其中7、8月份的强度最大，来沙量占全年的78%；其他月份水流含沙量很小，基本为清水。

电站多年平均含沙量为3.18kg／m3，实测最大含沙量49.3kg／m3多年平均输沙量为1580万t，多年平均水量为49.7亿m3。

由于吐木秀克水电站汛期河水含沙量高，来沙年内分布极不均匀，对吐木秀克水电站的技术供水系统设计造成了很大的困难。

2 技术供水系统供水对象及其所需水量

水电站机组技术供水系统是水电站重要的辅助系统之一。技术供水系统由水源、管网和量测控制元件组成。技术供水的主要作用是对用水设备进行冷却和润滑，任务是经济合理和安全可靠地保证水电站机组用水设备对水量、水压、水温和水质的要求。

根据水轮发电机供货商提供的数据，机组各用水部位的用水量如下（单台机数据）。

主轴密封润滑水量：1.8m3／h；

水轮机水导轴承冷却润滑水：6m3／h；

水轮发电机的推力上导轴承冷却用水：42m3／h；

水轮发电机下导轴承冷却用水：12m3／h；

水轮发电机空气冷却器冷却用水：186m3／h；

单台机总用水量为247.8m3／h，2台机合计用水量为495.6m3／h。

3 技术供水系统对水温、水质的要求

3.1 技术供水系统对水温的要求

《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》（DL／T5066）2.1.3条规定：水轮发电机组的空气冷却器和各轴承冷却器、水冷式变压器的冷却器等的进水温度宜按25℃设计，如超过25℃，应向制造厂提出要求；如长年低于25℃，可按经验曲线折减冷却水量［1］。

吐木秀克水电站河水最高水温为11.4℃，完全满足规范要求并有折减冷却水用量的余地。

3.2 技术供水系统对水质的要求

《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》（DL／T5066）2.1.3条规定：在冷却水中，悬浮物颗粒粒径宜小于0.15mm，粒径在0.025mm以上的泥沙含量应小于总含沙量的5%，总含沙量宜小于5kg／m3。对多泥沙河流，在采取清除水草、杂物及管路水流换向运行等有效措施后，冷却器内流速不低于1.5m／s时，允许总含沙量不大于20kg／m3［1］。

吐木秀克水电站的泥沙含量较高且粒径较小，如采用河水作为机组技术供水水源，必须进行相应处理方可使用。

4 技术供水系统设计

4.1 供水方式初拟

《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》（DL／T5066）2.1.7条要求如下：水电厂工作水头为15～80m时，宜采用自流供水方式。2.1.8条要求如下：水电厂工作水头在70～120m时，宜采用自流减压或射流泵以及顶盖取水的供水方式。减压阀（装置）应具有随着背压波动而浮动压力的特性［1］。

按国家有关规范规定及参考国内其他水电站的供水方式，适于本水电站的供水方式有如下三种：自流减压供水、水泵供水、循环供水。

4.2 供水方式技术可行性比较

4.2.1 自流减压供水

自流减压供水是从机组压力钢管取水，经减压阀减压，滤水器过滤后向机组各用水部位供水。同时，为保证机组供水压力不至于有较大的压力波动，还需在自流减压供水的供水管路中设置泄压阀。

经初步设计，自流减压供水需配备的主要设备为滤水器2台、减压阀2个、泄压阀2个，其造价约为50万元，单台机每小时损失的电量约为47kW。

吐木秀克水电站由于汛期河水含泥量较高，且上游塔尕克水电站在实际生产运行过程中经常发生滤水器被胶泥堵塞的状况，如采用自流减压供水作为汛期主供水水源，则滤水器容易堵塞，需经常拆卸滤水器进行清污，不利于电站的 “无人值班、少人值守”运行。由此可判定吐木秀克水电站不适于采用自流减压供水作为汛期供水水源，仅可作为非汛期供水水源。

4.2.2 水泵供水

水泵供水是用水泵从某一水源取水，通过水泵加压后向机组各用水部位供水。

吐木秀克水电站由于河水中含泥沙含量较高，不宜使用尾水作为水泵供水的水源，否则易发生滤水器堵塞的情况，需经常拆卸滤水器进行清污，不利于电站的 “无人值班、少人值守”运行。

为解决水泵供水对水源的水量和水质要求，我院对吐木秀克水电站厂房附近地表水、地下水资源状况进行了调查。调查结论指出：厂房施工开挖的基坑水，可采水量约为400m3／h，抽水稳定水位约为1245m；不足的供水由以下2个方案解决：①在电站退水渠南侧埋置渗水管抽水，采水量约为200m3／h，取水口距电站厂房约250m，抽水稳定水位约为1250m；②在电站退水渠南侧施工管井，与相似地区经验类比（阿克苏河流域中－上更新统砂卵砾石含水层）单井出水量约为80m3／h，需施工3眼管井，取水口分别距电站厂房约400m、300m、450m，采水量均约为80m3／h，抽水稳定水位约为1250m～1245m，3眼管井合计采水量约为200m3／h。

由上述调查结论可知，如采取一定的工程措施，可满足水泵供水的水量及水质要求。其供水水压由水泵扬程保证。由于吐木秀克水电站推力上导轴承高程约为（1261.20m），水源的供水稳定水位约为1245.0m，为保证推力轴承供水水压（0.2～0.4MPa），水泵扬程应在50m左右为宜。

经初步设计，水泵供水除需建设水源地外，还需配备的主要设备有：水泵3台（2用1备），其造价约为100万元，单台机每小时损失的电量约为34KW。

由上述分析可知，吐木秀克水电站采用水泵供水在技术上可行。

4.2.3 循环供水

循环供水是从循环水池取水，经尾水循环冷却器冷却，通过水泵加压后向机组各用水部位供水，最后将水引回至循环水池。

经初步设计，循环水池须有110m3容积，选用水泵3台（2用1备），同时为每台水轮发电机组配备一个尾水循环冷却器，其造价约为84万元，单台机每小时损失的电量约为36KW。

由上述分析可知，吐木秀克水电站采用循环供水在技术上可行。

4.3 技术供水方案的选定

由上述4.2.1～4.2.2论述可知，从纯技术角度来看，水泵供水及循环供水均可满足吐木秀克水电站技术供水的要求；但从本电站实际条件来看，水泵供水不如循环供水经济。至于水泵供水与循环供水共用的供水方式，则由于其系统复杂、可实施程度不高而不建议采用。因此吐木秀克水电站技术供水主水源推荐采用循环供水方式（汛期投入运行）。考虑吐木秀克水电站非汛期河水含沙量很小，备用水源采用自流减压供水（非汛期投入运行）。