浅淡水电站冷却水系统对主机设备的影响及日常维护

蔡霖 昆明宜良

摘要：本文结合实际案例，分析了水电站冷却水系统对主机设备的影响及日常维护，分析结果表明，冷却水系统可有效降低主机设备运行中产生的热量，避免温度过高而引发一系列故障，此外，通过合理的日常维护，可提升水电站冷却水系统运行的稳定性和可靠性。

关键词：水电站；冷却水系统；主机设备；日常维护

冷却水系统是确保水电站持续运行的主要冷却系统，对降低主机设备运行故障，提升机组运行的稳定性有重要意义，也是提升水电站自动化水平的主要途径。本文结合实例案例，对水电站冷却水系统对主机设备的影响及日常维护做了如下分析。

1、 案例概述

云南某水电站，装有3台单机容量为34MW的冲击式水轮发电机组，全厂技术供水以机组为单元，分为三个单元，每个单元由两台110kW的水泵从400m3发电机尾水集水井抽水与200m3消防水池并用的技术供水方式。其中200m3消防水池的水源：由小河口泉水经加压水泵及两套YZJ-500型一体化净水装置进行处理后，注入高程1180M高位200m3消防水池内，能够保证提供10L/S的取水量。技术供水泵提供的水源，经滤清器（滤水器）及控制阀门，向发电机各道轴承冷却器、空气冷却器及主变压器冷却器提供0.2-0.4MPa冷却水。经多年运行后，现技术供水图如下图1所示：

图1 现技术供水图

2、 水电站冷却水系统对主机设备的影响

冷却水系统是水电站发电机组持续稳定运行的关键，主要作用是对主机设备进行冷却降温，确保各项设备都能正常运行，其对主机设备的影响主要体现在以下几个方面：

2.1 防止水压过低或过高对主机的影响

由于本站采用技术供水泵直供方式，导致供水量不够甚至中断的原因直接来源于技术供水泵的运行是否正常及集水井水位过低，此时PLC检测到主用泵电机故障和电源故障时，发出故障报警信号，并停止故障水泵的运行，自动启动备用泵运行，并将故障信号上送；集水井水位过低则通过高位水池进行补给的方式来解决水压过低或过高对主机的影响。同时也可以通过机组单元之间的联络阀门来确保主机供水的安全可靠性【1】。

2.2防止结垢的影响

结垢是冷却水系统常见问题，主要原因是随着冷却水温度的升高，冷却水中的盐类析出附着在主机设备冷却器表面，从而降低冷却水系统的散热效果，导致发电机组温度升高，进而影响机组的正常运行。本电站冷却水系统中设置了开式循环水池，在冷却水总量保持不变的前提下，冷却水系统中的结垢量为常数，当结垢完成后，冷却水系统中的循环水就是软水，就不会再次产生结垢。此外，在实际使用中，冷却水系统中的水是四季长流的山泉水，并经过水池沉淀，杂质较少，并不会产生结垢现象，散热效果有保证，可满足水电站发电机组设备持续运行的要求。

2.3防水生物的影响

水生物会使供水管道的截面积降低，减少冷却水量，难以满足主机设备对散热效果的需求，甚至会导致冷却器轴承温度升高，难以持续运行。在本电站采用了循环冷却技术供水，可有效解决水生物的影响。在循环水池中加入相应的药剂，可杜绝水生物生长，确保供水的可靠性，针对循环冷却器外部生长的水生物，在检修时进行处理即可。

2.4防泥沙的影响

泥沙对冷却水系统的影响是磨损和堵塞供水系统，如果处理不及时会磨穿冷却器铜管，降低冷却效果，导致发电机组设备升温，进而引发一系列故障。而本电站采用的冷却水系统为一个闭式系统，在初次运行时采用的冷却水为山泉水，无泥沙等杂质，可有效避免泥沙的影响，提升冷却水系统的稳定性和持久性，确保机组设备能正常运行。

2.5降低机组设备运行能耗

采用循环冷却水系统后，每台机组各有一套独立的供水系统，两台供水水泵，一台工作，一台备用。工作水泵随机组的开停而开停。该系统的优点在于管路系统简单可靠，水泵自动化接线简单，管理方便。不从过流管道上直接取水，将该部分水量应用于发电中。该水电站发出的多余电力，既能供循环冷却水系统使用，也可以加入到水電站发电量中【2】。水电站发电量越多，节能效果就越明显。循环冷却水系统水泵的扬程在35～45m之间，当水电站水头超过35～45m时就会产生节能效果。而本电站的额定水头662.9m已经远远超过该数值，节能效果显著。

2.6提升机组设备运行的可靠性

机组设备可靠运行是水电站持续、可靠运行的关键。传统冷却水系统会受到河流自热条件的影响，可靠性比较低，泥沙磨损也是主要的安全隐患，如果冷却器散热铜管被磨穿，则会破坏机组的绝缘层，甚至烧毁电机。通过应用循环式冷却水系统则能有效解决这些问题，为水电站机组设备持续、可靠运行奠定坚实基础。

3、 水电站冷却水系统的日常维护

3.1定期检查循环水泵电源供给方式

该电站单元循环冷却水系统1#水泵动力电源来自于400V电厂用电Ⅰ段，2#的水泵电源来自于Ⅱ段。在日常维护中，需要电源供给方式进行全面系统检查，发现问题及时处理，确保供电的稳定性。即使发生停电故障，循环冷却水系统可以及时使用。通过此种互为备用的维护方式，大大提升了循环冷却水系统运行的可靠性，也提升了水电站机组设备运行效率。

3.2定期维护示流信号器

为提升水电站运行的自动化程度，需要定期对该水电站循环冷却水进水管、空冷器冷水出水管、推力冷却水出水管、主轴密封供水管等管路上的热导式示流信号器进行维护和检查。当冷却水投入运行后，通过示流信号器可探测到水流情况，并将探测到的结果传输到监控系统中。如果发现示流信号器无法正确传输回示流信号，使得机组设备频繁发生启动失败故障。需要进行深入探查和分析，如果示流信号器上附着了一层褐色固体物质，导致示流信号器的灵敏度降低，通过清理后重新使用，但5天后又发生了相同故障，就需要更换示流信号器，具体做法如下：

针对此类故障的维护可以从取消示流信号器入手，用更加先进的电磁流量计来代替示流信号器，二者相比，电磁流量计的工作更加稳定、故障率极低、受水质的影响比较小。在电磁流量計中是设定报警值，当循环冷却水系统中的水流量超过报警值时，电磁流量计内部接点立即闭合，并将相关信号及时传输到在监控系统，提醒操作人员及时处理。采用此种方法维护后，从根本上解决了示流信号无法正常返回的问题，大大提升了循环冷却水系统运行的稳定性，冷却效果大幅度提升。

3.3定期观察水冷却效果

该水电站循环冷却水系统的交换器设置尾水渠中，通过和尾水渠水进行热交换的方法降低循环水温度的的目的。因此，在日常维护中，需要对冷却水温度进行定期测量，如果温度过高，则可通过下述方法进行处理。

第一， 加强循环冷却水池水资源更换的频率，特别是炎热的夏季，如果发现循环水池中的温度偏高，则要立即打开排水，排出温度较高的循环水，并补给新鲜的冷却水，此种方法对提升冷却效果非常有效。

第二，改变取水方式。在日常维护如果发现循环水换热效果欠佳，则可停止使用循环供冷却水系统，选择尾水对集水井进行补水处理。夏季雨水比较充分，在水中泥沙杂质比较多，改变取水方式之前，要先对水质进行检查，确认达到要求后，才能投入使用。

3.4定期对冷却水系统管道进行检查维护

冷却水系统管道管道经过长时间运行后，由于腐蚀、运行管理不善等原因，不可避免的会产生各种损伤和泄露，因此，在日常维护中，需要对管道进行定期检查试验，及时发现问题进行处理。由于本电站为高水头冲击式机组，额定转速600r/min，当管道出现问题时要求能快速处理并及时切换。

第一， 管道出现砂眼喷水时，可使用哈夫节或使用瑞普特水激活聚合物缠绕带几分钟即可完成泄漏修复。若压力较小，可清理砂眼后用生料带缠绕与砂眼大小适当的木螺丝进行临时性修复。使用以上方式可以在不停机的情况下快速临时处理，不影响机组经济运行。

第二， 管道焊口断裂出现喷水时，应实情况处理。在正在运行的管道上进行焊接作业是存在风险的，这些风险包括管壁烧穿，氢脆，极易造成焊道下裂纹。而且一旦焊接部位管道腐蚀穿孔，原管道外壁与补强钢板之间将会形成带压腔体，由于未焊透，焊缝极易被拉裂，会造成更大的损失。在机组运行中可使用奥普提管道修复的带压修复，橡胶自粘带只能承受4 千克/平方厘米的压力，而缠绕带固化后，可以承受 300千克/平方厘米的压力， 承受的间歇温度高达 235℃；可用于防腐保护，加固，管道保护和绝缘，高达 16KV.减少了昂贵的紧急水管修复的成本。

第三， 也可以使用狄莫特渗漏修复组合进行修复。狄莫特是一种高分子材料，由精选钢，铝和其他金属颗粒配比而成，该产品可以粘接众多材料表面（金属或非金属），它可以结合任何材料或材料混合物，无论是有缺陷的还是没有缺陷的。当两组份混合后，不同的分子结合成高分子链，这些高分子链交织金属颗粒形成三维立体结构，形成一种有出色物理性能的全新、耐用金属基材料。超快型是世界著名的用于堵住油、油脂或潮湿表面的泄露产品。它可以在水和油浸泡环境中施工。3-4分钟固化。由于堆焊或者补焊技术在实际应用中存在或多或少的问题，在电站实际运行过程中引用新技术新材料也将成为一种新的趋势，它可以在机组正常运行中进行快速抢修，从而保障了设备的安全，提高了设备的可靠性，确保电站的经济运行。

4、结束语

综上所述，本文结合实际案例，分析了水电站冷却水系统对主机设备的影响及日常维护，分析结果表明，冷却水系统对主机设备持续稳定运行有重要意义，也是提升主机设备使用寿命的主要途径途径。需要进行定期维护保养，才能提升冷却效果。在日常维护中可以从定期检查循环水泵电源供给、定期维护示流信号器、定期观察水冷却效果、引用新技术新材料对故障抢修等方面入手。

参考文献：

[1]刘铁配，韩国其.老挝会兰庞雅水电站机组冷却水系统改造[J].红水河，2018，37（04）：80-82.

[2]王锋.新疆库尔乌泽克水电站冷却水系统的设计[J].通信电源技术，2018，35（03）：163-164.

（作者单位：云南滇能（集团）昆明柴石滩发电有限公司）