渔子溪电站技术供水系统运行方式研究

高剑英　范雪凝

摘 要：由于长期以来渔子溪电站的供水系统运行不尽合理，造成的技术供水泵负担过重，缺陷日益增多，威胁机组安全运行。同时，厂用电率居高不下，降低了电站运行的经济性。项目将对渔子溪电站4台机组不同供水系统运行方式下的状况进行试验与数据分析，得到渔子溪电站以及类似电站的供水系统最优运行方式，保证机组的安全稳定运行，减少机组供水泵的缺陷发生率，改善机组水导轴承的冷却效果，让电站运行更经济。

关键词：水电站 技术供水 优化运行 顶盖取水

中图分类号：TV732 文献标识码：A 文章编号1674-098X（2015）11（b）-0005-03

1 技术供水系统现状

1.1 技术供水系统的组成

渔子溪电站的技术供水系统分为：机组技术供水和主变技术供水。（1）机组技术供水系统。机组技术供水泵共有5台，位于水轮机层，水源取自尾水调压室，通过水泵加压，经机组冷却后再排至尾水调压室，为保证水质清洁每台机组技术供水泵设有一台滤水器。（2）主变技术供水系统。主变技术供水泵向主变压器冷却器提供冷却水，装于厂房安装间第二层，水源取至尾水调压室，经主变冷却器后排至尾调。同时也可向消防水池及消防干管提供水源并保持消防干管水压。（3）清水泵。清水泵水源取至地下水，供机组技术供水泵润滑水和生活用水，电站全停水时可通过阀门切换向渗漏排水泵提供润滑水及生活用水。

1.2 技术供水系统运行方式

两台主变压器所需冷却水由一台主变供水泵供给，4台发电机组的冷却水分别由4台技术供水泵供给，一台机组对应一台技术供水泵，同时4台机组冷却水相互联通。若水压不够，则投入备用机组供水泵运行，仍然不够，则投入顶盖供水。

2 存在的问题及原因分析

2.1 技术供水泵故障频发

机组供水泵的运行时间长，水泵运行可靠性降低，汛期机组供水泵运行30天小修一次，60天大修一次，水泵设备缺陷多，供水泵运行维护检修成本增加，厂用电率居高不下。水泵进行停运消缺后，备用水泵数量不足，威胁机组安全运行。

2.2 技术供水占厂用电量的比重大

一台机组供水泵实际运行状态下一天要消耗1 027 kW·h，即使是枯期冷却水水量需求最小时，技术供水系统所耗电量也占到厂用电量的1/3，汛期的时候5台技术供水泵同时使用日耗电量达5 136 kW·h，更是占到厂用电量的70%。技术供水系统的大比重耗电量，不利于节能发展，很大程度上影响电站的经济运行。

2.3 机组技术供水泵取水口易于阻塞

5台机组技术供水泵的取水口位于尾水调压室，由于水泵取水口安装位置在大尾水和机组尾水的交汇口，易被水中的漂浮物和垃圾堵塞，特别是汛期，堵塞可能性最大。一旦取水口堵塞，供水量不足，将严重影响机组运行温度，威胁安全稳定运行。

2.4 水导轴承冷却效果不佳

在汛期长期满负荷运行时，冷却水由机组技术供水泵提供，渔子溪电站4台机组水导轴承运行温度偏高，甚至有时可达报警温度60℃，对机组的稳定安全运行造成一定隐患。

2.5 尾水所取水水质差

渔子溪电站的渗漏排水系统的水泵润滑水，设计来源是主变技术供水泵所抽取的尾水。由于尾水水质的原因，近年1#、2#渗漏排水泵的润滑水给水电磁阀常被泥沙卡阻，不能正常动作。当集水井水位升高至起泵限值，而润滑水电磁阀无法正常打开时，渗漏排水泵将无法运转。特别是在大修期间或者汛期，当集水井水位上升很快时，润滑水水质问题是渗漏排水系统的一个很大安全隐患。

2.6 水轮机层噪音分贝升高

5台机组技术供水泵装设在渔子溪电站的水轮机层。水轮机层由于4台机组水导轴的转动，导致水轮机层的噪音大。在无机组供水泵运行时，水轮机层噪音为88dB。投入机组供水泵时，局部噪音可达92dB。

3 解决思路

（1）采用顶盖供水为机组技术供水的主供水水源，将机组供水泵供水作为补充和备用水源，减少机组供水泵的运行时间，能有效减少技术供水泵故障频发，节约技术供水系统耗电量，以及降低改善水轮机层噪音分贝等问题；（2）将机组、主变技术供水和生活供水三系统联通运行，彻底放弃使用水泵的设备初衷；（3）将消防水系统与机组主变、生活供水三系统彻底隔离；保证消防水系统的可靠性。

4 研究过程与数据分析

4.1 机组技术供水系统研究

（1）研究目的。分别确定1台、2台、3台、4台机组不同负载下的技术供水最优运行方式。

（2）研究方案。分别研究1台、2台、3台、4台机组不同负载运行时各种技术供水方式，综合考虑对机组轴承温度、厂用电量、水泵故障及缺陷发生情况、水泵维护检修成本的影响。

（3）试验数据与分析。①负荷0～40 MW时试验（单机运行），当流量≤17.5 m3/s，闸前水位需要保持当前水位时，此时所带负荷在0～40 MW之间，一台机组运行是最经济的运行方式。通过对试验过程和试验数据的分析得知：单机运行时，机组开机前，需要靠技术供水泵维持开机水压。开机后在不同负荷下，00～10 MW负荷机组总水压的变化率是0.05 MPa/10 MW，10～40 MW负荷机组总水压的变化率是0.01 MPa/10 MW，00～40 MW在临近一台机组供水泵2002阀全开、全关的情况下总水压的变化率是0.10 MPa。运行机组总水压都能保证相对稳定。采用顶盖供水时推力轴承温度上升0.2℃～0.7℃，水导轴承温度下降1.4℃～3.6℃，上导、下导轴承温度基本无变化。由于采用顶盖供水全面停运行水泵，所以0～40 MW单机运行时节约厂用电量约1 149.33 kW·h且完全无水泵维护费用。结论：一台机单机运行时，一台机顶盖能满足一台机运行对水压的要求，但为了机组的安全稳定运行，采用顶盖和水泵单混合供水。00～10 MW开启3.5个2002阀调整水压在0.28运行，10～40 MW开启4.5个2002阀调整水压在0.30～0.33 MPa之间运行，能满足机组安全稳定运行的需求。

②两台机运行时负荷40～80 MW时试验，当流量在35～70 m3/s，闸前水位需要保持当前水位时，此时所带负荷在40～80 MW之间，两台机组运行是最经济的运行方式。通过对试验过程和试验数据的分析得知：两台机组运行时，在不同负荷下，采用顶盖取水方式并不会对耗水量产生影响；第二台机组开机前，需要调整2002阀的开度来调整机组的水压。第二台机组开机后，40～80 W负荷状态下，采用顶盖取水供水，水压都能保证机组供水系统的正常运行；采用顶盖供水方式后，40～80 MW总水压的变化率是0.01 MPa/10 MW，40～80 MW在临近一台机组供水泵2002阀全开、全关的情况下总水压的变化率是0.05 MPa。运行机组总水压都能保证相对稳定。采用顶盖供水时推力轴承温度高上升0.1℃～1.2℃，水导轴承温度下降3.3℃～4.0℃，上导、下导轴承温度基本无变化。由于采用顶盖供水全面停运行水泵，所以0～40 MW单机运行时节约厂用电量约3348.0 kW·h，且完全无水泵维护费用。结论：两台机组运行时投入两台机顶盖供水，40～60 MW开启2 2002阀调整水压在0.32～0.34 MPa之间运行，70～80 MW开启3个2002阀调整水压在0.30～0.31 MPa之间运行，能满足机组安全稳定运行的需求。

③三台机组运行时负荷80～120 MW时试验，当流量在35～52.5 m3/s，闸前水位需要保持当前水位时，此时所带负荷在80～120 MW之间，两台机组运行是最经济的运行方式。通过对试验过程和试验数据的分析得知：3台机组运行时，在不同负荷下，采用顶盖供水方式后，40～80 MW负荷机组总水压的变化率是每0.01 MPa/10 MW，80～120 MW负荷机组总水压的变化率是每0MPa/10 MW（在为只有两台机组投顶盖供水），80～120 MW在临近一台机组供水泵2002阀全开、全关的情况下总水压的变化是0～0.005。运行机组总水压都能保证相对稳定。采用顶盖供水时推力轴承温度高上升0.0℃～0.6℃，水导轴承温度下降0.1℃～4.0℃，上导、下导轴承温度基本无变化。由于采用顶盖供水全面停运行水泵，所以0～40 MW单机运行时节约厂用电量约4597.3 kW·h，且完全无水泵维护费用。结论：在第3台机组开机前运行时投入两台机组的顶盖供水，关闭所有5个2002阀，调整水压在0.33 MPa运行，第三台机组开机后不投入顶盖 供水，机组冷却水压维持在0.33 MPa运行。

④负荷120～160 MW时试验，当流量在大于52.5 m/s时，闸前水位需要保持当前水位时，此时所带负荷在120～160 MW之间，两台机组运行是最经济的运行方式。通过对试验过程和试验数据的分析得知：4台机组运行时，采用顶盖供水方式后，80～120 MW负荷机组总水压的变化率是每0.01 MPa/10 MW（因为只有两台机组投顶盖供水），120～160 MW负荷机组总水压的变化率是每0 MPa/10 MW（在为只有两台机组投顶盖供水）120～120 MW在临近一台机组供水泵2002阀全开、全关的情况下总水压的变化是0～0.004，运行机组总水压都能保证相对稳定。采用顶盖供水时推力轴承温度高上升0.0℃～0.6℃，水导轴承温度降3.0℃～4.0℃，上导、下导轴承温度基本无变化。由于采用顶盖供水全面停运行水泵，所以0～40 MW单机运行时节约厂用电量约5 746.6 kW·h，且完全无水泵维护费用。结论：第四台机组开机前运行时投入第三台机组的顶盖供水，关闭4个2002阀，开启1个2002阀，调整水压在0.34 MPa运行，第四台机组开机后不投入顶盖 供水，机组冷却水压维持在0.34 MPa运行。

4.2 进一步优化方案与试验

机组供水泵的润滑水系统、主变供水系统以及生活供水正常情况下是分开运行的，由于主变供水泵和清水泵长期运转导致负载过大，故障和缺陷增多。对主变供水泵和清水泵除了水泵的轮换运行，还可以在确保安全运行的情况下，将主变供水系统与机组供水系统联通，彻底不用供水泵而吸采用机组顶盖取水供全厂的技术供水。下面即是对不同情况下系统连通安全性的试验。

（1）主变与机组供水系统联通试验，该连通试验是在4.1试验优化后的运行方式基础下进行。试验过程：打开2103主变供水与机组供水联通阀，主变供水系统与机组供水系统联通，此时，停运主变供水泵。渔子溪电站规程规定，1T、2T主变压器冷却水压用控制在0.02～0.20 MPa之间。主变冷却器水压调节可以通过以下阀门调节：1号、2号主变冷却器进出水阀2070、2078、2080、2088；主变冷却水给水阀2067；主变冷却水旁通给水阀2069。试验过程中将2070、2078、2080、2088、2067阀门调节至适当位置后固定不动，仅通过2069阀调节主变冷却器水压。试验数据分析：主变冷却水旁通给水阀2069后端压力只要不低于0.03 MPa，主变上层油温将能正常维持在最优范围（45℃～55℃）内运行。联通运行后主变冷却水水压为0.16 MPa，此时机组冷却水总管水压下降0.02 MPa，以后机组冷却水总管水压每上升0.1 MPa，主变冷却水水压上升0.08 MPa.试验结果：不管是单机运行还是两台及以上的机组运行水压都能满足主变供水系统的用水。另外在实际运行中如前面提到的为了保证机组供水的安全性加入了一台机组供水泵运行。所有机组运行时，采用顶盖取水将机组冷却水与主变冷却水系统联通运行，水量足够，水压能在连通的情况下保持恒定。

（2）生活供水系统、主变及机组供水系统、机组技术供水系统三系统联通试验，该连通试验是在4.1试验优化后的运行方式基础下进行。试验过程：打开2051、2103、2102将生活供水系统、主变供水系统与机组供水系统联通，此时，停运主变供水泵、清水泵，试验记录数据。通过对试验数据的分析：在主变供水与机组技术供水联通的基础上将生活供水相联通，联通后整个技术供水的水压基本无影响，这是因为生活供水的用水是用在清洁池、厕所和机组供水泵和深井泵的润滑水，这几个地方的用水都很小。所以不管是单机运行还是两台及以上的机组运行水压都能满足三个系统的用水。试验结论：只要有两台机组在运行时，采用顶盖取水将机组冷却水与主变冷却水系统与生活供水系统三联通运行，水量足够，水压能在连通的情况下保持恒定。

5 结语

供水系统运行方式的合理性与水电站运行的安全稳定、经济效益息息相关。长期以来的渔子溪电站供水系统运行不尽合理，造成的技术供水泵负担过重，缺陷日益增多，威胁机组安全运行。项目对渔子溪电站技术供水运行方式进行了一系列的优化，得到以下成果。

（1）水导轴承瓦温平均下降2.7℃～4.1℃；

（2）全部使用顶盖取水，汛期每天节约厂用电5 126 kW·h，枯期每天节约厂用电3 977 kW·h；

（3）2011年、2012年、2013年三年的水泵维修费用总计219 480元，一年平均总计73 610；也就是说完全使用顶盖供水，每年可以节约水泵维修费用73 610元；

（4）水泵的缺陷率降低为“0”；

（5）水质变好；

（6）厂房各部噪音下降至88 dB，在允许范围90 dB以下；

（7）运行人员变惯性思维为主动分析；

（8）大大减少了维修人员的工作量。

参考文献

[1] 马贵，谢明，周显壤.向家坝右岸电站技术供水系统运行方式研究[J].水力发电，2014（10）：84-88.

[2] 卢妮，王晟.柳洪水电站技术供水系统介绍及运行情况分析[J].水利科技与经济，2009（11）：1021-1022.

[3] 李琳仓.四级电站技术供水运行方式探讨[J].华电技术，2010（8）：42-43，82.