如何設計水電站供水系統(tǒng)

摘要: 該文通過德化涌溪三級水電站水輪發(fā)電機組技術供水系統(tǒng)的成功改造, 降低了設備故障率, 為機組穩(wěn)定、安全運行提供了保證, 可供同類水電站技改借鑒。
關鍵詞: 技術供水; 涌溪三級水電站; 水輪發(fā)電機組
1 　概述
德化涌溪水力發(fā)電廠廠房位于閩江流域大樟溪支流上游的涌溪和梓溪的交匯處, 廠內分期安裝涌溪三級水電站2 臺和東固水電站1 臺混流式機組, 分別從涌溪三級水庫和梓溪東固水庫引水發(fā)電。涌溪三級水電站于1999 年投產(chǎn), 水輪機型號HL
（L185674） - LJ - 145 , 發(fā)電機型號SF2 - J20 - 10/ 3000 ,單機容量20MW, 水輪機額定水頭185m , 大水頭22118m , 小水頭160m , 額定流量1210m3/ s , 額定轉速600r/ min。機組技術供水主要對象為發(fā)電機空氣冷卻器、機組各軸承油冷卻器和主軸密封。原設計機組技術供水系統(tǒng)采用獨立單元水泵供水方式, 每臺機組設兩臺水泵, 一臺工作, 一臺備用, 見圖1 , 水源取自下游尾水渠。技術供水泵選用離心水泵, 型號SB150 —125 —175/ 165B , 流量250m3/ h —320m3/ h , 揚程26m —31m , 電機功率30kW。東固水電站于2001 年投產(chǎn), 機組容量12MW, 額定水頭76m , 大水頭9912m , 小水頭6512m , 額定流量1612m3/ s , 額定轉速500r/ min , 機組技術供水方式為壓力鋼管自流減壓供水。

2 　原設計存在的問題
涌溪三級水電站機組投產(chǎn)運行以來, 基本能夠滿足機組圖　涌溪三級水電站技術供水取水部分系統(tǒng)圖安全穩(wěn)定運行對技術供水系統(tǒng)的要求, 但也存在一些缺陷和安全隱患。以2001 年為例, 全廠機械二次工作票次數(shù)為73
次, 其中4 臺技術供水水泵的檢修次數(shù)為28 次, 占全部機械二次檢修次數(shù)的3813%。主要缺陷和安全隱患有:
（1） 洪水期, 電站尾水漂浮大量雜物, 堵塞水泵取水口, 水泵流量驟減, 工作效率明顯降低。正常情況下, 技術供水要求水壓在012MPa ～0125MPa , 取水口堵塞嚴重時,技術供水水壓只有0105MPa , 技術供水流量不能滿足機組運行要求, 需備用水泵投入。洪水期常有樹枝直接進入離心泵室, 對水泵葉輪和電機的安全構成威脅。
（ 2） 長時間運行, 水泵和電機軸承容易過熱損壞; 水封磨損, 造成水泵潤滑油箱漏水。
（ 3） 運行過程中振動和噪聲大。
3 　技術供水系統(tǒng)技改
   東固水電站的投產(chǎn)為涌溪三級水電站機組的技術供水系統(tǒng)改造提供了有利條件。根據(jù)設計, 涌溪三級水電站每臺機組需技術供水量200m3 / h , 兩臺技術供水泵每年約耗電2萬kWh , 按013 元/ kWh 計算, 需年電費712 萬元。從東固水電站壓力鋼管取水, 滿足涌溪三級機組技術供水水量、水壓要求, 每年耗水120 萬m3 , 東固水電站每年約少發(fā)電2417 萬kWh。東固水電站水頭較適合采取自流減壓供水,且從同一個廠房內引水, 技術供水管路簡單, 費用低, 管理、檢修方便。
   技改方案系統(tǒng)。改造后的技術供水系統(tǒng)主水源取自東固水電站壓力鋼管, 將原獨立單元水泵供水作為備用水源。運行方式為: 正常情況下, 由計算機監(jiān)控系統(tǒng)在開機或停機的過程中自動操作自保持電磁閥開啟或關閉, 也可現(xiàn)場手動操作自保持電磁閥開啟或關閉。當自保持電磁閥故障無法自動開啟時, 計算機監(jiān)控系統(tǒng)將自動開啟技術供水泵。東固機組壓力鋼管檢修停水期間、自動減壓閥檢修或自保持電磁閥檢修時, 利用獨立單元水泵供水, 保證涌溪三級水電站兩臺機組的安全運行。技改后運行情況涌溪三級水電站技術供水取水部分改造系統(tǒng)圖2002 年, 涌溪三級水電站改造后的技術供水系統(tǒng)投入運行, 自動減壓閥后壓力基本保持恒定, 自保持電磁閥操靈活, 供水流量能夠滿足機組冷卻系統(tǒng)的需要。

　　（ 1） 穩(wěn)定及安全效益分析: 技術供水系統(tǒng)取水方式改造后, 該部分檢修的工作量減少。以2002 年為例, 全年技術供水系統(tǒng)二次工作票次數(shù)僅8 次, 比改造前2001 年的28次減少了20 次, 檢修工作量大為減少, 節(jié)省了大量人力和物力。設備故障率低, 設備完好率提高, 能夠隨時投入安全生產(chǎn), 確保了涌溪水電廠作為泉州市電網(wǎng)調峰調枯重要電廠、泉州市電網(wǎng)第二調頻廠和德化縣電網(wǎng)主干電廠的作用。
（ 2） 經(jīng)濟效益分析: 經(jīng)測算, 三級水泵的用電量與東固機組因耗水而減少的電量損失相當, 整個技改項目投入資金僅35000 元, 以小投資換取了穩(wěn)定安全的發(fā)電效益。
5 　結語
水電站技術改造花費較小而成效顯著。在分析各方面的有利條件后, 充分利用現(xiàn)有設備條件, 優(yōu)化設計, 精心施工, 設備安全運行才能創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益。經(jīng)過近6 年的運行檢驗證明, 涌溪三級水電站技術供水系統(tǒng)技改是成功的, 達到了預期的效果。
參考文獻

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, 從事水利水電工程建設與管理工作。大尺度潰壩試驗開展大尺度潰壩試驗日前在安徽滁州大洼水庫進行。本次試驗是“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“水庫大壩安全保障關鍵技術研究”的課題之一。大洼水庫位于安徽省滁州市施集鎮(zhèn)花山村境內, 控制流域面積2171km2 ,總庫容約10 萬m3 , 以灌溉為主, 水庫大壩總長120m , 壩頂寬3m , 大壩高10m。本次試驗技術難度大, 技術要求高, 進行如此大尺度的潰壩試驗在國內外尚屬。大洼水庫大尺度潰壩試驗旨在建立大尺度物理模型, 模擬上游水庫、下游河道的實際情況, 并盡量保證壩體的結構、材料、力學性能相似。開展洪水漫頂、壩基管涌等導致的潰壩模型試驗, 從整體上觀測大壩潰口形態(tài)、潰口形成發(fā)展過程、上游庫水位降落過程、潰壩流量過程和下游洪水演變過程, 進一步研究潰口沖蝕下切、橫向擴展和潰壩流量（ 流速） 之間的相互關系, 探究潰壩形成機理, 為潰壩預防、預警及潰壩應急、應對提供技術支撐。
   潰壩機理和潰決洪水研究是水庫大壩安全保障體系的關鍵內容, 是直接關系到降低大壩風險、應對突發(fā)性洪水事件能力建設的一項基礎性研究。由于大壩壩型眾多, 潰決過程的復雜性、不確定性, 至今人們對潰壩機理和潰壩洪水運動規(guī)律的認識仍有待進一步深化。我國大壩數(shù)量、壩型、壩高均屬世界*, 但在潰壩機理方面的研究還比較落后。特別是在當前一大批中小型水庫病險程度日益嚴重的情況下, 潰壩機理試驗和模擬技術研究對于了解大壩潰決發(fā)生、發(fā)展的過程, 掌握下游潰壩洪水演變規(guī)律, 對于處置潰壩突發(fā)性洪水災害, 編制應急預案, 發(fā)布洪水預警, 組織撤離與逃生,實施緊急救援等, 具有十分重大的意義。

   自動控制支撐未來農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉節(jié)水灌溉是按照作物需水要求, 通過管道系統(tǒng)與安裝在末級管道上的灌水器, 將水及作物生長所需養(yǎng)分以適當?shù)牧烤鶆颉蚀_地直接輸送到作物根部附近土壤表面和土層中的灌水方法。通常節(jié)水灌溉是以人工為主, 利用單一的監(jiān)測手段, 如濕度計、溫度計等作一些簡單的觀測, 并沒有準確全面了解作物需水、施肥狀況和生長狀態(tài)等。隨著電子、信息技術的迅速發(fā)展, 自動控制技術得到了越來越多的應用,使節(jié)水灌溉有了新的發(fā)展。目前, 我國農(nóng)業(yè)用水量約為總用水量的80 % , 農(nóng)業(yè)灌溉水的利用率普遍低下, 建立農(nóng)田的自動化灌溉系統(tǒng), 采用的灌水方式已勢在必行。自動控制技術應用于節(jié)水灌溉中, 不僅可以集中管理, 加強控制,還可以按需按量按時供水, 節(jié)約資源, 提率, 促進用水觀念的更新, 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。