恰木萨水电站机组循环供水系统设计

安 刚

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 概 述

1.1 电站概况

恰木萨水电站是新疆叶尔羌河下游河道规划梯级开发中的第2级电站，为引水式电站。工程主要由拦河引水枢纽、发电引水系统、压力前池、压力管道、电站地面厂房等组成，属中型Ⅲ等工程。

电站装设4台50 MW混流立式水轮发电机组,水头范围为59.2～69.99 m，多年平均年发电量为6.2亿kW·h，年利用小时数为3 054 h。

1.2 机组主要参数

水轮机型号为HLTF150A—LJ—345，额定水头63.5 m，额定转速166.7 r/min，吸出高度-3.05 m，额定流量87.68 m3/s。

水轮发电机型号为SF50—36/7500，单台机组冷却水用量424 m3/h。

1.3 气象

年平均气温10.2 ℃，极端最高气温39.6 ℃，极端最低气温-24 ℃，多年平均水温8.76 ℃，历年最高水温25.2 ℃，历年最低水温0 ℃。

1.4 泥沙特性

多年平均悬移质输沙率(闸址处)264.58 kg/s，多年平均悬移质含沙量(闸址处)1.29 kg/m3，多年平均悬移质输沙量(闸址处)834.95×104 t。

(1)恰木萨闸址河道悬移质泥沙矿物组成形式

单矿物：斜长石 5%，钾长石 2%，石英 30%，普通辉石 2%。

火山岩：英安岩 5%。

变质岩：石英片岩 5%。

沉积岩：微晶灰岩 51%。

(2)泥沙颗粒级配

根据卡群水文站1975年实测悬移质颗粒级配资料分析：悬移质泥沙主要由粉土和沙组成，其中0.007～0.05 mm的粗粉土占51.3%；0.05～0.5 mm的中、细沙占48.4%；0.5～1 mm粗沙仅占0.3%。悬移质泥沙干密度为1.30 t/m3(见表1)。

表1 恰木萨水电站预想汛期含沙量

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/T 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。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，非汛期采用自流减压为主、循环供水为辅。

2.2 机组循环冷却水系统

(1)系统组成

组成部件：循环水池、循环水泵、机组循环冷却水装置、技术供水管网、阀门、自动控制柜等。

(2)供水对象及运行方式

供水对象：水轮发电机组各部冷却器(上导、空冷、下导推力、水导)。

循环冷却水循环方式：循环水池→循环水泵→机组循环冷却水装置→机组各部冷却器→循环水池。

发电设备在运行过程中，循环水通过循环水泵送到布置在尾水中的循环冷却水装置，利用冷却器外部流动的河水通过循环冷却器进行热交换。使循环水水温降低到满足机组冷却水水温的要求，然后送至机组，冷却水通过运行的机组带走机组热量，又排回循环水池。

(3)循环冷却供水系统参数选择

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450 m3/s；每台机组循环冷却水装置采用两组并联立式布置；机组各冷却器进水温度按25 ℃设计，出水温度按28 ℃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(本体不刷漆，避免影响热交换效率)；循环冷却器进出口管径DN200(管路及配件均采用不锈钢材料)。

(4)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4个互相联通的循环水池(两池之间设置2根DN300联通管)，单个循环水池长13.1 m×宽5.1 m×高5.4 m。循环水池有效容积为补水水位至停泵水位之间的容积，大于机组各部冷却水总用量的20%。循环水池设置停泵水位、补水水位、停补水位、报警水位4个节点控制，并配置补水管、溢流管、排空管、液位信号和水温测量等装置。

(5)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。循环水泵参数Q=450 m3/h,H=55 m,N=110 kW，水泵参数满足循环冷却器流量和压力的要求。

(6)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。循环冷却器布置在尾水管出口端上部混凝土板上，混凝土板及两侧立柱预留钢板，用以固定循环冷却器。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最低尾水位1 m以下(见图1)。

图1机组循环冷却水装置三维效果示意

3 运行中注意的事项

3.1 循环水池维护

循环水池首次充水时，必须清除建筑垃圾，并进行清洗，保证循环水的水质。运行一定时间，循环水池会产生泥沙、水生物、水质发臭等现象，应对水池定期进行排空清洗。

3.2 与自流减压系统的切换

当非汛期泥沙含量少、循环系统故障检修和定期维护时，机组技术供水由循环系统切换至自流减压系统。运行和检修规程中应严格规定机组技术供排水管路阀门的切换操作方式，并悬挂“禁止操作”的标示牌。

3.3 循环冷却器放空

当循环冷却器需要放空时，关闭循环冷却器进出口阀门，打开防冰运行管上的阀门，通过接电站压缩空气管道向系统内通压缩空气，把循环冷却器中的循环水压到检修集水井中，排空循环冷却器。

3.4 补水水源及水质要求

补水水源采用两路供水：一是采用生活水车运输补水，水源取自地下水；二是采用机组压力钢管进口引水，水源取自经处理过的河水。

电站定期对水质进行检测，保证pH值在6.5～8.5范围内。

4 结 语

通过国内多座电站实际运行效果来看，循环供水技术解决了多泥沙对机组技术供水系统的影响，提高了电站的发电量，保证了电站安全稳定运行。

参考文献：

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[3] 孙诗杰，胡 平. 循环冷却技术供水在金华水电站的应用[J].四川水力发电，2000，19(1)：54_56.

[4] 安 刚.奎屯河三级水电站机组循环供水系统设计[J].小水电，2018(1)：42_43.