水电厂技术供水系统改造与应用

2024-03-10吴宝琳曹益荣

电力安全技术 2024年1期

吴宝琳，曹益荣

(广东粤海飞来峡水力发电有限公司乐昌峡分公司，广东韶关 512700)

0 引言

某水电厂自2013 年投运以来，因技术供水系统两台滤水器堵塞，技术供水总流量不足，导致三台机组、两台主变和全厂空调系统运行不稳定，多次发生因技术供水问题引发的发电机组甩负荷跳闸、主变压器冷却水压低、水冷空调频繁故障等一系列设备异常运行状态。为解决技术供水存在的问题，消除隐患，提高主设备运行可靠性，对电厂技术供水系统进行改造，改造解决了技术供水存在的问题。

1 技术供水系统存在的问题

该水电厂地下厂房技术供水采用流道取水，取水点位于三台机组蜗壳前压力钢管段，取水总流量2 289 m3/h。经两台滤水器(型号为DLSⅢ-500，流量2 000 m3/h)过滤，供给全厂技术(机组冷却、主变冷却、空调用水、消防等全厂设备)和生活用水。滤水器安装在标高82 m 高程。按设计说明，全厂最大用水流量约2 200 m3/h，两台滤水器按一主一备运行。2013 年1 月机组投产运行，发现一台滤水器出水端供水压力偏低、流量偏小，运行工况不佳。为保障机组及辅助设备正常、安全、高效运行，滤水器退出一主一备运行方式，两台滤水器全部投入至今。技术供水系统如图1 所示。

图1 技术供水系统

运行中主要存在以下问题。

1) 技术供水设计流量偏小，供水不足。全厂用水最大流量达2 200 m3/h，其中机组单台总用水流量约600 m3/h，三台机组全开情况下，机组总用水流量约1 800 m3/h；两台主变压器最大总用水流量为140 m3/h；主厂房和副厂房共安装立式空调35 台、挂式空调13 台，用水流量约200 m3/h；自廊道层DN500 技术供水总管引一条DN100 消防水管，接至主、副厂房消防给水环网，用水流量约为100 m3/h；主变喷淋系统与机组部分独立，自蜗壳层取水总管经DN300 管道取水，再经两台喷淋泵加压供给主变消防喷淋系统，流量约为600 m3/h。全厂设备用水流量统计见表1。

滤水器堵塞时进水压力为0.66 MPa，出水压力为0.61 MPa，空调水压为0.20 MPa，低于正常运行要求的0.25 MPa。开盖清理后滤水器进水压力为0.66 MPa，出水压力为0.65 MPa，空调水压升至0.30 MPa。三台机组满发工况时滤水器进水压力降为0.57 MPa，出水压力为0.54 MPa，空调水压为0.25 MPa。滤水器清洗前后各设备压力值统计见表2。

表2 滤水器清洗前后各设备压力值

现有滤水器设计流量为2 000 m3/h，比正常运行用水流量小，现场管路布置弯头多、旁通多、水力损失大，供水不足，不满足一主一备运行方式。

2) 滤水器选型不合理，排漂排污性能差，堵塞严重。电站水质含漂浮物多，贝类生长快，现在使用的DLSⅢ-500 型滤水器排漂排污性能差，堵塞严重。DLSⅢ-500 型滤水器采用下进上出、底部排污的结构。滤水器的浊水腔在下、清水腔在上，底部设排污结构。此结构仅适用于河水中含泥沙较多的水电厂，不适用于河水中漂浮物较多的水电厂。滤水器内因漂浮物无法有效排出而频繁堵塞，须经常开盖清理漂浮物。

3) 设备运行稳定性和可靠性低，故障率高，影响机组正常运行。机组运行中多次出现设备供水压力偏低故障报警，示流计误动作导致机组跳机，水冷空调系统冷却水压力低故障停运等一系列问题，严重影响机组及其辅助设备的正常、安全、高效运行，并造成很大的经济损失。技术供水问题导致机组故障事件统计(2014 年1 月至2020 年5 月)见表3。

表3 技术供水问题导致机组故障事件统计

2 技改方案选定

根据水电厂技术供水特点，主要形成以下三种技术改造方案。

2.1 三种技术方案特点

1) 方案一。空调和主变采用密闭循环供水，设冷却水池，系统独立分区。闭式循环系统冷水由供水泵向空调和主变压器供水，热水经浸泡于冷却水池的冷却器冷却后循环利用。机组采用滤水器供水，与空调和主变压器供水独立。系统如图2 所示。

图2 方案一系统

2) 方案二。设三台优化滤水器。针对该厂滤水器不满足主备互用设计要求，设置三台滤水器，以达到两台主用一台备用，在一台设备维护检修时，可保证全厂用水量。系统如图3 所示。

图3 方案二系统

3) 方案三。优化设备，主变空调独成系统。设置一台精密度高的复合定位排污全自动滤水器，从流道取水总管取水，单独向空调和主变压器供水；同时利用现有技术供水管路设备，实现新增设备与原设备并联，实现互为备用。系统如图4 所示。

图4 方案三系统

2.2 三种方案优缺点比较

对以上三种方案优缺点进行比较，见表4。

表4 三种方案比较

经过对现场设备布置、管路敷设等情况的查看和对技术方案的全面分析、比较和讨论，认为方案二最优，将方案二作为此次技术供水系统改造方案。总体技术方案如下。

1）设三台优化滤水器。针对该厂滤水器不满足主备互用设计要求，设置三台滤水器，以达到两台主用一台备用，在一台设备维护检修时，可保证全厂用水需求。

2）选用过流量大、排漂排污效果好、操作维修方便的新型滤水器，更换现有排漂排污性能差、易堵塞的DLS Ⅲ-500 型滤水器。

3 技术改造方案的实施

3.1 滤水器选型

根据近几年的运行和维护经验可知，该水电厂技术供水水质相对较好，但在汛期，河水漂浮物较多，漂浮物会随进水流道进入技术供水总管。经全面了解和考察目前国内水电厂滤水器技术情况，拟选择三台ZLSG-500GD 型滤水器，设计水流量大于等于2 120 m3/h，精度1 mm，减速机功率1.5 kW。

3.2 滤水器结构与功能

复合定位排污全自动ZLSG-GD 型滤水器主要适用于过滤水中具有大量漂浮物和一定量沉积物的介质过滤，此类型滤水器在许多水电厂技术改造中取得了预期效果。滤水器充分利用过滤原理、重力分离原理把滤水器分为漂浮物纳污室、过滤室、进水浊水室三个腔室。复合型滤水器本体设计为上、中、下腔，上腔为漂浮物纳污腔，中腔为过滤腔，下腔为浊水腔。在上腔设置漂浮物排污孔，中腔设置过滤组件和出水口，下腔设置排污叉管、进水口和沉积物排污孔。

当含有大量泥沙和漂浮物的水由进水口进入浊水腔后，利用重力分离和过滤切向分力作用进行复合排污，利用机电一体化技术，实现滤水器单个滤筒依次强力定位排污功能。排污采用机械密封结构，保证良好的清污效果。

过滤采用一体化控制技术，实现人机对话功能，并可以实现远程监控及操作，可调节滤水器控制参数，查询历史数据，显示故障报警等。滤水器排污可选择间隔时间或压差进行自动排污，并根据实际需要进行调整。控制系统通过通信接入厂房公用本地控制单元(local control unit，LCU)，实现实时监控功能。

滤水器壳体下部设有检修孔，可定期清理滤水器内部大型渣物；端盖密封采用“O”型圈密封，可多次拆卸，不用更换；滤芯检修时，只需要拆卸端盖，不需要拆卸进出法兰和阀门，只需要打开下检修孔或通过排泥阀定期清污，设备检修方便，利于维护。

3.3 技改重难点

1) 设备运输。布置于地下厂房主厂房廊道层的2 台主滤水器直径约1.2 m，现有通道因管路布置及其除湿机安装等，最窄处不足0.8 m，不具备新设备运输条件。因此，需要将设备经主厂房吊物孔吊至主厂房廊道层，通过下层排水廊道运送至现场进行安装，进出下层排水廊道处需要架设专门的设备运输平台。

2) 设备安装。两台滤水器利用现有安装基础稍作改动进行安装，由于新型滤水器采用下进上出，原DN500 进出水管路需要重新配割和制作。另外，一台设备安装在2 号滤水器侧边，总管路弯头重新配置，总出水管整体向右移动1.5 m 左右，因作业空间狭窄，整体施工难度较大。

4 改造效果评估

技术供水系统改造后，经过三年多各种工况下的运行，得出以下评价。

1) 滤水器选型正确，其结构特点与该水电厂水库水质相适应，符合该水电厂技术供水运行特性。新滤水器体宽，内部空腔宽阔，有利于排漂。原滤水器采用单体滚筒式滤芯，易发生堵塞，清洗工作状态时，水力损失大；新滤水器采用7 个单体滤芯，滤芯采用冲孔设计，内壁光滑，滤网不易断裂、堵塞，且反清洗时单个滤芯退出，水力损失小，适应某水库水质，符合该电厂技术供水运行特性。

2) 技术供水系统改造后，运行状态良好，水力损失少。改造后，滤水器进、出水口压力值基本一致，滤水器水力损失小，效率高，无堵塞现象。在库水位(标高140.5 m)接近死水位时，均满足机组技术供水、空调、主变的水压要求。三台机组运行时不同库水位下技术供水系统各测量点水压力如表5 所示。

表5 不同库水位下技术供水系统各测量点水压力

3) 滤水器排污排漂效果良好，按照目前间隔时间进行排漂清污操作，能保证滤水器不发生明显堵塞，技术供水压力和供水水量在任何工况下均有保障。

改造前，维护人员每两周打开滤水器维护盖板进行人工清污工作，清除大量漂浮物、水生物等。改造后，运行人员每7 天执行自动清污运行，为检验滤水器的排污效果，运行期间多次开盖检查新滤水器内部情况，经过检查发现三台滤水器内部情况良好，上腔排漂腔均无漂浮物，下腔排污室均无明显污泥，即使在水库大量漂浮物的极端情况下，技术供水系统供水压力和供水水量基本不受影响，滤水器整体工作情况良好。

4) 技术供水系统改造投运后，提高了机组运行可靠性和稳定性，消除了多年来机组技术供水系统故障频发的安全隐患；经过一年多技术供水改造后的试运行，机组技术供水压力均保持在0.35 ～0.5 MPa 之间，供水压力有保障，未发生因技术供水压力或流量问题导致机组等主设备停运的情况。