如何設(shè)計(jì)水電站供水系統(tǒng)

摘要: 該文通過(guò)德化涌溪三級(jí)水電站水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的成功改造, 降低了設(shè)備故障率, 為機(jī)組穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供了保證, 可供同類(lèi)水電站技改借鑒。
關(guān)鍵詞: 技術(shù)供水; 涌溪三級(jí)水電站; 水輪發(fā)電機(jī)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(nèi)分期安裝涌溪三級(jí)水電站2 臺(tái)和東固水電站1 臺(tái)混流式機(jī)組, 分別從涌溪三級(jí)水庫(kù)和梓溪東固水庫(kù)引水發(fā)電。涌溪三級(jí)水電站于1999 年投產(chǎn), 水輪機(jī)型號(hào)HL
（L185674） - LJ - 145 , 發(fā)電機(jī)型號(hào)SF2 - J20 - 10/ 3000 ,單機(jī)容量20MW, 水輪機(jī)額定水頭185m , 大水頭22118m , 小水頭160m , 額定流量1210m3/ s , 額定轉(zhuǎn)速600r/ min。機(jī)組技術(shù)供水主要對(duì)象為發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、機(jī)組各軸承油冷卻器和主軸密封。原設(shè)計(jì)機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)采用獨(dú)立單元水泵供水方式, 每臺(tái)機(jī)組設(shè)兩臺(tái)水泵, 一臺(tái)工作, 一臺(tái)備用, 見(jiàn)圖1 , 水源取自下游尾水渠。技術(shù)供水泵選用離心水泵, 型號(hào)SB150 —125 —175/ 165B , 流量250m3/ h —320m3/ h , 揚(yáng)程26m —31m , 電機(jī)功率30kW。東固水電站于2001 年投產(chǎn), 機(jī)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(zhuǎn)速500r/ min , 機(jī)組技術(shù)供水方式為壓力鋼管自流減壓供水。

2 　原設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
涌溪三級(jí)水電站機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái), 基本能夠滿足機(jī)組圖　涌溪三級(jí)水電站技術(shù)供水取水部分系統(tǒng)圖安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)技術(shù)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(jī)械二次工作票次數(shù)為73
次, 其中4 臺(tái)技術(shù)供水水泵的檢修次數(shù)為28 次, 占全部機(jī)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(shù)供水要求水壓在012MPa ～0125MPa , 取水口堵塞嚴(yán)重時(shí),技術(shù)供水水壓只有0105MPa , 技術(shù)供水流量不能滿足機(jī)組運(yùn)行要求, 需備用水泵投入。洪水期常有樹(shù)枝直接進(jìn)入離心泵室, 對(duì)水泵葉輪和電機(jī)的安全構(gòu)成威脅。
（ 2） 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行, 水泵和電機(jī)軸承容易過(guò)熱損壞; 水封磨損, 造成水泵潤(rùn)滑油箱漏水。
（ 3） 運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)和噪聲大。
3 　技術(shù)供水系統(tǒng)技改
   東固水電站的投產(chǎn)為涌溪三級(jí)水電站機(jī)組的技術(shù)供水系統(tǒng)改造提供了有利條件。根據(jù)設(shè)計(jì), 涌溪三級(jí)水電站每臺(tái)機(jī)組需技術(shù)供水量200m3 / h , 兩臺(tái)技術(shù)供水泵每年約耗電2萬(wàn)kWh , 按013 元/ kWh 計(jì)算, 需年電費(fèi)712 萬(wàn)元。從東固水電站壓力鋼管取水, 滿足涌溪三級(jí)機(jī)組技術(shù)供水水量、水壓要求, 每年耗水120 萬(wàn)m3 , 東固水電站每年約少發(fā)電2417 萬(wàn)kWh。東固水電站水頭較適合采取自流減壓供水,且從同一個(gè)廠房?jī)?nèi)引水, 技術(shù)供水管路簡(jiǎn)單, 費(fèi)用低, 管理、檢修方便。
   技改方案系統(tǒng)。改造后的技術(shù)供水系統(tǒng)主水源取自東固水電站壓力鋼管, 將原獨(dú)立單元水泵供水作為備用水源。運(yùn)行方式為: 正常情況下, 由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)或停機(jī)的過(guò)程中自動(dòng)操作自保持電磁閥開(kāi)啟或關(guān)閉, 也可現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作自保持電磁閥開(kāi)啟或關(guān)閉。當(dāng)自保持電磁閥故障無(wú)法自動(dòng)開(kāi)啟時(shí), 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將自動(dòng)開(kāi)啟技術(shù)供水泵。東固機(jī)組壓力鋼管檢修停水期間、自動(dòng)減壓閥檢修或自保持電磁閥檢修時(shí), 利用獨(dú)立單元水泵供水, 保證涌溪三級(jí)水電站兩臺(tái)機(jī)組的安全運(yùn)行。技改后運(yùn)行情況涌溪三級(jí)水電站技術(shù)供水取水部分改造系統(tǒng)圖2002 年, 涌溪三級(jí)水電站改造后的技術(shù)供水系統(tǒng)投入運(yùn)行, 自動(dòng)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(jī)組冷卻系統(tǒng)的需要。

　?。?1） 穩(wěn)定及安全效益分析: 技術(shù)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(shù)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(shè)備故障率低, 設(shè)備完好率提高, 能夠隨時(shí)投入安全生產(chǎn), 確保了涌溪水電廠作為泉州市電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)枯重要電廠、泉州市電網(wǎng)第二調(diào)頻廠和德化縣電網(wǎng)主干電廠的作用。
（ 2） 經(jīng)濟(jì)效益分析: 經(jīng)測(cè)算, 三級(jí)水泵的用電量與東固機(jī)組因耗水而減少的電量損失相當(dāng), 整個(gè)技改項(xiàng)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(jié)語(yǔ)
水電站技術(shù)改造花費(fèi)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(shè)備條件, 優(yōu)化設(shè)計(jì), 精心施工, 設(shè)備安全運(yùn)行才能創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過(guò)近6 年的運(yùn)行檢驗(yàn)證明, 涌溪三級(jí)水電站技術(shù)供水系統(tǒng)技改是成功的, 達(dá)到了預(yù)期的效果。
參考文獻(xiàn)

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, 從事水利水電工程建設(shè)與管理工作。大尺度潰壩試驗(yàn)開(kāi)展大尺度潰壩試驗(yàn)日前在安徽滁州大洼水庫(kù)進(jìn)行。本次試驗(yàn)是“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“水庫(kù)大壩安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究”的課題之一。大洼水庫(kù)位于安徽省滁州市施集鎮(zhèn)花山村境內(nèi), 控制流域面積2171km2 ,總庫(kù)容約10 萬(wàn)m3 , 以灌溉為主, 水庫(kù)大壩總長(zhǎng)120m , 壩頂寬3m , 大壩高10m。本次試驗(yàn)技術(shù)難度大, 技術(shù)要求高, 進(jìn)行如此大尺度的潰壩試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)外尚屬。大洼水庫(kù)大尺度潰壩試驗(yàn)旨在建立大尺度物理模型, 模擬上游水庫(kù)、下游河道的實(shí)際情況, 并盡量保證壩體的結(jié)構(gòu)、材料、力學(xué)性能相似。開(kāi)展洪水漫頂、壩基管涌等導(dǎo)致的潰壩模型試驗(yàn), 從整體上觀測(cè)大壩潰口形態(tài)、潰口形成發(fā)展過(guò)程、上游庫(kù)水位降落過(guò)程、潰壩流量過(guò)程和下游洪水演變過(guò)程, 進(jìn)一步研究潰口沖蝕下切、橫向擴(kuò)展和潰壩流量（ 流速） 之間的相互關(guān)系, 探究潰壩形成機(jī)理, 為潰壩預(yù)防、預(yù)警及潰壩應(yīng)急、應(yīng)對(duì)提供技術(shù)支撐。
   潰壩機(jī)理和潰決洪水研究是水庫(kù)大壩安全保障體系的關(guān)鍵內(nèi)容, 是直接關(guān)系到降低大壩風(fēng)險(xiǎn)、應(yīng)對(duì)突發(fā)性洪水事件能力建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性研究。由于大壩壩型眾多, 潰決過(guò)程的復(fù)雜性、不確定性, 至今人們對(duì)潰壩機(jī)理和潰壩洪水運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)仍有待進(jìn)一步深化。我國(guó)大壩數(shù)量、壩型、壩高均屬世界*, 但在潰壩機(jī)理方面的研究還比較落后。特別是在當(dāng)前一大批中小型水庫(kù)病險(xiǎn)程度日益嚴(yán)重的情況下, 潰壩機(jī)理試驗(yàn)和模擬技術(shù)研究對(duì)于了解大壩潰決發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程, 掌握下游潰壩洪水演變規(guī)律, 對(duì)于處置潰壩突發(fā)性洪水災(zāi)害, 編制應(yīng)急預(yù)案, 發(fā)布洪水預(yù)警, 組織撤離與逃生,實(shí)施緊急救援等, 具有十分重大的意義。

   自動(dòng)控制支撐未來(lái)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(guò)管道系統(tǒng)與安裝在末級(jí)管道上的灌水器, 將水及作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分以適當(dāng)?shù)牧烤鶆?、?zhǔn)確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(cè)手段, 如濕度計(jì)、溫度計(jì)等作一些簡(jiǎn)單的觀測(cè), 并沒(méi)有準(zhǔn)確全面了解作物需水、施肥狀況和生長(zhǎng)狀態(tài)等。隨著電子、信息技術(shù)的迅速發(fā)展, 自動(dòng)控制技術(shù)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用,使節(jié)水灌溉有了新的發(fā)展。目前, 我國(guó)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(dòng)化灌溉系統(tǒng), 采用的灌水方式已勢(shì)在必行。自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于節(jié)水灌溉中, 不僅可以集中管理, 加強(qiáng)控制,還可以按需按量按時(shí)供水, 節(jié)約資源, 提率, 促進(jìn)用水觀念的更新, 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。