奎屯河三级水电站机组循环供水系统设计

2018-03-05安刚

水电站机电技术 2018年2期

安刚

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

1 电站基本情况

1.1 电站概述

奎屯河三级水电站是奎屯河流域梯级开发的第三级电站，北距奎屯市约35 km，西距乌苏市约28 km。电站为径流式电站，采用引水式开发，地面厂房。工程开发任务是水力发电，承担电力系统调峰任务。工程主要有取水口、引水暗渠、沉沙池、隧洞、前池、压力管道、发电厂房、升压站、尾水渠等建筑物组成。

电站装设4台（2台×21.5 MW+2台×10 MW）混流式水轮发电机组，水头范围为143.6～149.14 m，总装机容量为63 MW，枯水期平均出力为5.4 MW，多年平均年发电量为2.067亿kW·h，年利用小时数为3 281 h。

1.2 机组主要参数（见表1）

表1 机组主要参数

1.3 气象

年平均气温： 8℃

极端最高气温： 40.7℃

极端最低气温： -33.7℃

多年平均水温： 6℃

历年最高水温： 20℃

历年最低水温： 0℃

1.4 泥沙特性

根据河道1959年～1987年29年实测泥沙资料分析，计算悬移质年均含沙量0.98 kg/m3，多年平均输沙量77.62万t。其汛期平均含沙量1.54 kg/m3。见表 2、表 3。

表2 天然河道多年平均输沙量统计表

表3 天然河道悬移质泥沙颗粒级配表

2 机组技术供水系统设计

2.1 机组技术供水方式的确定

根据《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》（DL/5066-2010）第4.1.8节，水头（压）在60～180 m时，宜采用自流减压方式。本电站天然河道汛期泥沙含量较高，泥沙对机组各部冷却器会产生磨损和堵塞，故无法完全采用自流减压方式。且自流减压供水相对水泵供水年减少发电量约50万kW·h。经综合分析，电站技术供水方式采用循环供水和自流减压混合供水。汛期采用循环供水，非汛期采用循环供水为主，自流减压为辅。

2.2 循环冷却供水系统

机组循环冷却供水系统包括：水轮发电机组各部冷却器（上导推力、下导、水导、空冷）、循环水池、循环水泵、循环冷却器、循环水管路、控制阀门及监控表计等组成。

（1）循环冷却供水系统参数设定

根据主机厂提供的机组用水量参数，考虑循环水的损失和蒸发量，单台循环冷却器设计流量大机200 m3/s（小机150 m3/s）；机组各冷却器进水温度按25℃设计；循环冷却器设计压力1.0 MPa，试验压力1.5 MPa；机组冷却水进口压力0.2～0.5 MPa；循环冷却器水头损失8 m；循环冷却器本体材料采用304不锈钢；循环冷却器进出口管径大机DN200（小机DN150m）。

（2）循环水池有效容积计算

根据4台机组布置方式，循环水池设置在主厂房下游尾水平台下部，设置两个独立的循环水池（1台大机和1台小机共用一个水池），循环水池长5.5 m×宽6.25 m×高4.25 m。循环水池有效容积为补水水位至正常水位之间的容积，一般大于机组各部冷却水总用量的20%。循环水池设置补水、正常、报警3个节点控制，并配置补水管、溢流管、排空管、通风孔、液位信号和水温测量装置。

（3）循环水泵的选择

为了增加循环供水的可靠性，采用单元供水方式，每台机对应2台循环水泵（一用一备，相互切换），水泵采用长轴深井泵。21.5 MW机组循环水泵参数Q=220 m3/h,H=54 m,N=45 kW；10 MW机组循环水泵参数Q=160 m3/h,H=57.5 m,N=37 kW，水泵参数满足循环冷却器流量和压力的要求。

（4）设备布置

根据厂房水工的布置情况，循环水泵布置在主厂房下游尾水平台下部水泵室。循环冷却器布置在2台机尾水管出口之间尾水闸墩突出的混凝土板上，混凝土板上预留钢板，用以固定循环冷却器基础。为防止电站全部机组在冬季停机状况下尾水表面结冰，造成循环冷却器冻裂，循环冷却器顶部应低于尾水反坡顶部底板1 m以下，循环冷却器进出管口布置在本体左右两侧。

为避免泥沙对循环冷却器散热的影响，冷却器散热管设计为竖排式，同时考虑由于泥沙附着的影响，将冷却器散热量计算中热阻系数加大。循环冷却器所有可拆卸的联接件及基础螺栓均采用不锈钢加工制造。