越南如桂2级水电站水力机械辅助系统设计及其环保排放处理系统

陈家春

(福州市水利水电规划设计院，福建 福州 350001)

越南如桂2级水电站水力机械辅助系统设计及其环保排放处理系统

陈家春

(福州市水利水电规划设计院，福建 福州 350001)

摘要：某些传统的小水电辅助系统设计不够注重自然环境的保护，从水电站生态文明的建设趋势看，会给电站周边及下游生态环境带来不利影响。结合越南如桂2级水电站实际情况，综合考虑机组运行可靠性、技术先进性和工程建设的经济性，既能满足电站长期安全稳定运行的要求，同时又能满足当前的节能环保需要；另外对水力机械辅助系统设计也进行了探讨和研究。图1幅。

关键词：水电站；水力机械；辅助系统；节能环保；设计

1电站概况

如桂2级水电站坐落在越南Ha Giang省, Meo Vac区, Son Vi社区,如桂河上。电站总装机容量为52.8 MW，多年平均发电量217.55 GW·h。电站为径流引水式，枢纽工程由大坝、引水系统、厂房、开关站组成。电站最大水头63.68 m，额定水头59.50 m，平均水头61.92 m，最小水头58.92 m，安装2台立轴混流式水轮发电机组。

2水力机械设备

2台水轮机型号为HLD267—LJ—242，额定出力27.22 MW，额定流量49.92 m3/s，额定转速272.7 r/min，飞逸转速531 r/min，吸出高度-2.5 m，水轮机安装高程355.70 m。

2台水轮发电机型号为SF26.4—22/4800，额定容量26.4 MW，额定电压10.5 kV，额定电流1 814 A，额定功率因数0.80(滞后)，额定效率98%，频率50 Hz，转动惯量730 t·m2。发电机为立式悬挂式结构，通风冷却方式为密闭双路自循环的空气冷却，设有4只空气冷却器。

每台水轮机蜗壳进口装设3300KD741hX型液控重锤蝶阀，公称直径3.3 m，公称压力1.0 MPa，开启时间60～90 s，关闭时间90～120 s。

每台水轮机配1台YWT—20000—16—S型蓄能式高油压调速器，操作油压16 MPa。调速器设置有气囊式高压油压装置(由回油箱、高压齿轮油泵、气囊式蓄能器、溢流阀及其他部件组成)，该装置配有9个40 L气囊式蓄能器，每个气囊式蓄能器由气囊和钢瓶组成，安装在油压装置的回油箱内，可单独卸下。

3水力机械辅助系统

3.1　冷却供水系统

由于电站运行水头适合直接供水，发电机上导轴承、下导轴承、水轮机水导轴承油冷却器与发电机空冷器冷却水采用单元自流供水方式。每台机组进水蝶阀前压力钢管设置1个取水口，取水口设置固定拦污栅，并设压缩空气吹扫管。压力钢管取水经过互为备用的2套并联全自动滤水器及其相应阀门组过滤后，供水至各用水对象。全自动滤水器具有自动清污功能，配有专用控制箱，能在就近或者远端监控其运行状况，其电动排污阀的动作有差压或者时间两种控制方式，滤水器排污就近排至排水沟。电站单台机组用水量约为280 m3/h。全自动滤水器型号为ZLSG—200B，公称直径DN200，最大过流量339 m3/h，公称压力1.0 MPa，配套电机功率0.84 kW。

3.2　消防供水系统

消防供水对象为厂区、开关站及厂房内各层消防及发电机内部消防，用水取自专用的消防水池。消防水池设在厂外，有效容积为120 m3。发电机、主变、透平及绝缘油库均为自动水喷雾灭火，并设有雨淋阀装置，消防监视和灭火动作均由消防监控系统自动进行。发电机水喷雾消防由消防监控系统首先发出要求动作信号，后经人工判断确认后，手动动作。其余部位采用消防栓灭火，包括蝶阀层、蜗壳层、水轮机层、发电机层、安装场及厂区消防。

3.3　排水系统

3.3.1检修、渗漏排水系统

电站检修排水主要有：尾水管、蜗壳及一部分压力钢管中的积水，以及上下游闸门漏水。电站检修排水采用间接排水方式，每台机组尾水管底部设有排水口和排水管，检修时，尾水管积水经底部排水管汇集至布置在2台机组之间共用的检修集水井，后通过检修集水井上布置的2台互为备用的立式离心泵排至下游尾水。尾水管底部排水管出水末端上设直埋式闸阀控制。检修集水井内设有水位传感器，用于远程控制水泵的启停。蜗壳和压力钢管内积水直接排至尾水管。检修集水井上排水泵参数：型号ISG100—400A，流量63.5～109 m3/h，扬程40.5～46.5 m，配套功率22 kW。

厂房渗漏排水主要有：地下厂房内建筑物渗漏水，机组蜗壳槽钢排水和机组固定导叶排水。渗漏排水也采用间接排水方式，渗漏水集中排至渗漏集水井，再通过集水井上布置的2台互为备用的立式离心泵排至下游尾水。渗漏集水井内设有水位传感器，用于远程控制水泵的启停。渗漏集水井上排水泵参数：型号ISG80—315，流量30～60 m3/h，扬程29～34 m，配套功率11 kW。

3.3.2事故紧急排水

在管路破裂，排水泵故障，甚至水淹厂房等事故情况下，为了保证及时有效地将厂房内积水排出厂外，减少厂房损失，或者为处理事故赢得时间，电站另外设置了1台移动式潜水泵作为紧急排水之用，水泵型号200WQ—540，排水量300 m3/h，设计扬程38 m，安放在厂房蝶阀层集水井上方。紧急事故使用时，水泵通过软管及活接头接至排水总管，从而把厂房积水排至下游尾水。

3.4　含油污水排放及处理系统

随着人类生态文明日益发展，生态环境保护意识日渐增强，人们十分重视自然生态环境的保护和资源的回收利用。本电站中所有含油污水均通过管路收集到专门的油混水集水井，分为透平油混水集水井和绝缘油混水集水井。

透平油混水集水井污油水来源包含：机组主轴密封排水，机组顶盖排水，机组机坑渗漏水，油处理室渗漏水和发电机消防排水。透平油混水集水井容量59.7 m3，由中间隔开，分成两部分，进水侧部分15.92 m3，另一侧43.78 m3，中间设置1根横“T”型连通管，在污油水进入一侧集水井部分的连通管顶部封闭。由于油密度小于水密度及连通器原理，污油水静置分层，且其下层水通过连通管底部流至另一侧集水井部分，初步分离污油水。低含油污水被集中在集水井另一侧，通过设置在集水井上的2台互为备用的立式离心泵，将低含油污水抽至厂区内专用的污油水处理装置。污油水处理装置主要由检查井、沙油分离井、油分离井、活性碳滤油井、检查井组成；通过该装置可对水和油进一步分离，将分离出来满足排放标准的污水排至下游尾水，从油分离井出来的油抽至厂区内的污油车。排水标准要达到越南TCVN 5945：2005 Industrial waste water—Discharge standards(工业废水—排放标准)的B类型，即矿物油含量最大容许浓度为5 mg/L，动植物油最大容许浓度为20 mg/L。

集水井进水侧设置2台互为备用的齿轮油泵，将集水井进水侧部分的浮油抽至厂区内的污油车。集水井两侧均设有液位传感器，用于控制泵的启停。污油车将被污染的油收集起来，统一回收利用。2台立式离心泵参数：型号ISG65—200B，流量14～26 m3/h，扬程34.5～40 m，配套功率5.5 kW。2台齿轮油泵参数：型号KCB—55，流量3.3 m3/h，压力0.45 MPa，配套功率0.5 kW。

绝缘油混水集水井污油水来源为变压器消防排水，同样用透平油混水处理的方式回收油资源，分离满足排放标准的污水排至下游尾水，绝缘油混水集水井容量为165 m3。

透平油污水排放及处理系统如下所示(见图1)。

图1透平油污水排放及处理系统示意

3.5　透平油系统

透平油库及油处理室位于发电机层，用于机组上导、下导及水导轴承用油，调速器油压装置和进水阀操作用油的存储、供排油和油处理。油处理室内设置1只3 m3净油桶和1只3 m3运行油桶，油桶上设有有机玻璃油位计。同时，通过出油管上压力变送器，远端监控其油位。为满足透平油的过滤处理，配置1台ZJCQ—2型透平油过滤机，油处理量2 m3/h，压力为0.15 MPa，配置1台KCB—50型齿轮油泵，油处理量3 m3/h，压力为0.45 MPa。全厂设DN50的供排油管路至各台机组。机组各油槽及油压设备上装有活接头和阀门，当机组需要供排油时，可将齿轮油泵用软管与供排油总管连接操作。运行油桶内的污油可通过透平油过滤机处理。

3.6　气系统

空压机室位于水轮机层，由于电站调速系统的用油压力由调速器自带的蓄能器提供，无需设置中压气系统，因此电站仅设置了低压气系统，用于机组制动用气、检修密封用气和风动工具吹扫用气等。空压机室设置2台WF2/8型低压空压机，供气量2.0 m3/min，2台低压储气罐，容积2.0 m3，工作压力0.8 MPa。其中一个储气罐供机组制动、主轴密封供气，另一个用于检修供气，2个储气罐供气管用管路连通并设置止回阀，使得供检修吹扫的气罐可以为制动储气罐补气，从而保证了制动供气气源的可靠性。空压机的启动和停机由储气罐和供气干管上的压力变送器信号反馈控制，实现对气系统的控制、保护、报警等功能。

3.7　水力监测系统

水力监测系统分为全厂性监测和机组段监测。全厂性监测有上、下游水位和进水口拦污栅前后压力差。上游水位拦污栅压差传感器均设在电站首部，下游水位传感器设在尾水检修闸门外侧，信号均传至厂房中控室。机组段监测包括蜗壳测流、蜗壳进口测压、顶盖测压、导叶与转轮间测压、尾水管进口测压、尾水管压力脉动测压、尾水管出口测压。蜗壳测流由蜗壳内外端口各一个测点通过流量差压变送器信号反馈，其余测压均由压力传感器信号反馈，统一输送至中控室。尾水管压力脉动和尾水管出口测压仪表盘设置在蝶阀层，其余测压仪表盘统一设置在蜗壳层。

4节能环保浅论

综合考虑小水电水力机械辅助系统技术先进性、可靠性和工程建设的经济性，同时又能满足电站长期安全稳定运行及当前的环保要求，对如桂2级小型水电站的辅助系统设计在节能环保方面进行了部分探讨和研究。

电站调速器采用带高压蓄能罐的形式，故当调速系统瞬时需要大量压力油时，由蓄能器和油泵同时供油，可减少电机油泵的启动次数；气囊式蓄能器可以缓和冲击，吸收脉动压力和冲击压力，使调速系统压力平衡，延长油泵使用寿命。而该调速器最主要的技术优势是保证了调速器油压的自我配置，因此，电站省去了中压气系统，仅设置低压气系统，节省用气管路及长期资源消耗。整个调速系统在满足电站需要的同时，优化了工程设计，既有其技术先进性又达到了节能环保的技术要求。

电站渗漏排水系统进行了拆分处理，含油污水部分通过污油水集水井和污油水处理系统两步分离，排水达到排放标准后才排至下游尾水，同时回收部分电站用油。整个渗漏排水系统充分回收再利用了电站的用油资源，并保证了渗漏排水系统的达标排放，从而更好地保护电站周边及下游生态环境。从电站建设经济性考虑，集水井为渗漏部分拆分而来，并未大面积增加用地，仅增加部分小型设备及管路，占用电站的资金比例非常小，但其产生的环境效益却非常明显。

纵观国内已建成的小型水电站辅助系统，包括传统的机电设计手册，大部分均未对电站油污水的排放做排前处理，没有设计专门的含油污水处理系统。我国虽有污水综合排放标准(GB 8978—1996)，但在传统的小型水电站设计建设中却未引起重视，更未按标准对电站含油污水进行排放处理设计，这对电站周边环境及下游自然生态资源造成长期的不利影响。

水是生命的源泉,含油污水难以降解，严重污染水质，会直接或间接毒害水生物。油类密度比水小，容易在水面形成油膜，阻止空气中的氧溶解于水，减少了水中的溶解氧，致使水生动物因缺氧而死亡。油膜吸收光线，影响河流中浮游植物的光合作用；众所周知，浮游植物处于河流食物链的最底层，浮游植物数量的减少自然会引起食物链中其他更高环节上的生物数量的相应减少，这样就导致了整个河流生物群落的衰退。另外，浮游植物又是河流中氧气的主要供应者，所以河水中溶解氧的含量也将随之而降低，而一些厌氧的种群增殖，好氧的生物则进一步衰减，恶性循环，最终结果是导致河流生态平衡的失调。

由于灌溉及家畜用水等原因，长久的水污染会直接造成下游沿岸土壤及农作物污染。土壤的截留和吸附作用可使油残存于土壤表层,造成土壤理化性状变化，影响生物生长,甚至导致其死亡。油粘附于植物体表,阻断植物的光线需求，也可使植物枯萎死亡；而农作物的污染及牲畜用水，又促进沿岸动物及家畜、家禽和人体内有毒物质的聚集, 危及整个下游沿岸食物链的安全，影响人的健康。

因此，在当前我国积极倡导生态文明建设的大好形势下，且新修订的《环境保护法》也于2015年1月1日起实施，我国小型水电站的设计建设也应当在环保节能方面提出更高的要求，为保护水利资源及水生态环境的建设做出更大的努力。建议国内小水电的设计建设，特别是在近期大面积的电站增效扩容改造中，应加入油污水排放处理的设计建设要求；而即将在全国开展的农村水电站安全生产标准化建设中，水电站的排放处理系统更应该纳入其考核范围。

5结语

如桂2级小型水电站辅助系统设计在满足电站水力机械设备需要的同时，在节能环保方面也进行了一些有益的尝试，对电站周边及下游环境也有一定的环境效益和生态效益。

参考文献：

[1]水电站机电设计手册编写组． 水电站机电设计手册(水力机械)[M]． 北京: 水利电力出版社，1983．

[2]张辉，等．越南水电站水力机械辅机设计特点[J]．云南水力发电，2008，24(6)：72_77.

[3]姚建国，等．越南安科水电站水力机械设计[J]．水利水电工程设计，2012， 31(1)：19_22.

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责任编辑吴昊

作者简介：陈家春(1979-)，男，工程师，主要从事水利工程设计工作。E_mail:8018453@qq.com

收稿日期：2015-08-11