循环冷却水在水电站技术供水系统的应用_杨锐

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循环冷却水在水电站技术供水系统的应用
杨 锐
（云南省丽江市水利水电勘测设计院，云南 丽江 674100）
收稿日期：2009-10-12
作者简介：杨锐（1968-）男，工程师。

摘　要: 水电站的技术供水可靠性及经济性在电站实际运行中非常重要，由于部分电站水头范围增大，可取
用的冷却水源泥沙含量大且杂质过多，难于满足常规技术供水方案的水压及水质要求。

应寻求一种新的安全可靠、维护方便且经济的技术供水方式，以满足不同电站的技术供水需求。

关键词: 水电站；技术供水；循环冷却
一、水电站技术供水传统设计
水电站的技术供水系统主要针对水轮发电机组设备进行冷却和润滑，各用水设备对水量、水温、水压、水质均有相应的要求。

技术供水方案现行规范规定有如下几种：
水泵供水（包括射流泵供水）；自流供水（包括自流减压供水）；水泵和自流混合供水；水泵加中间水池供水；自流加中间水池供水；顶盖取水供水方式。

以上各方式对于技术供水水压及水质均能满足要求的电站是经济可行的。

但近年来，许多电站由于水头范围增大和可取用冷却水源泥沙含量大及杂质过多，水质不理想，再加上传统设计中选用的减压阀和滤水器等水处理设备虽然技术上逐渐成熟，但仍存在设备环节的运行隐患，且设备投入较为昂贵。

致使技术供水系统的减压及水处理设备设置过于庞杂，技术供水系统复杂而且难以检修维
护，设备投入大且运行可靠性欠佳。

鉴于以上情况，
电站的技术供水系统应探求一种新的安全可靠、维护方便且经济的供水方式，以适应水压和水质条件难于满足常规技术供水方式的各类水电站技术供水需求。

二、水电站技术供水新技术
1.循环冷却供水系统工作原理
近年来，国内循环冷却技术供水系统的专利技术在电站技术供水系统中广泛应用，其工作原理为采用经过水质处理的清洁机组冷却水通过机组后，带走机组运行产生的热量，经排水管道排入循环水池；水泵从循环水池内抽水至布置于尾水中的尾水冷却器，与河水进行冷热交换作用后温度降低：然后又送到机组。

机组冷却水在一个往复循环的系统中，通过流动的温度较低的天然河水带走机组运行产生的热量。

由于循环水采用了经过水处理的清洁水，可有效防堵塞、防结垢、防腐蚀、防水生物，从而解决了水电站机组冷却水水质难以满足技术供水要求问题。

循环冷却水系统，如图1所示。

2.循环冷却供水系统适用范围
该系统适用于各种型式的水电站厂房布置方
案，包括地面式、地下式、引水式、坝后式、河床式等。

亦可适用于各种机型机组的水电站，包括混流式、轴流式、冲击式与贯流式等。

3.循环冷却供水系统的主要装置
循环冷却供水系统主要包括：循环水池、供水水泵、尾水冷却器、电气控制柜、冷却水进出水管道、阀门、表计以及相关自动化元件等。

(1）循环水池
循环水池主要作用为：系统恒压、水质检测、水质处理以及水位检测等作用。

循环水池大小可根据电站厂房布置情况及机组冷却水量确定容积，一般应能满足电站所有设备半小时供水量。

循环水池在机组投入运行之前，应清洗干净，再注入清洁水。

循环水池内可布置水泵进水管、回水总管、补水管、溢流管及放空管等。

循环水池内可设浮子式液位控制器，用于水池内的自动补水控制和高低水位报警，同时可在池内设液位变送器用于水池水位的监测。

(2）供水水泵
可根据供水系统布置情况选择立式或卧式的离心水泵或深井泵。

可设置一套现地可编程（PLC）控制柜集中控制供水泵。

控制柜应可手动或自动启停循环水泵，并对水泵电机进行过载、缺相、欠压、短路等自动保护。

也可通过控制柜接受计算机监控系统的远方控制指令，以及将水泵的运行状态信号和故障信号传送到计算机监控系统后台进行监控。

水泵应能按以下模式进行自动投切：与机组开机台数对应投切、工作水泵故障备用泵自动投入、工作水泵与备用水泵能按设定时间自动轮换运行。

(3）尾水冷却器
尾水冷却器可根据电站厂房尾水布置型式灵活布置，布置方式可采用立式、卧式或挂式三种型式，连接方式可采用并联、串联或串并联结合三种型式。

尾水冷却器应按相应的技术标准和要求制造，应能满足使用年限不低于20年，在正常的水质条件下，尾水冷却器内部不结垢、不长微生物，循环水不变质。

材质选料应安全可靠，冷却器防腐、防锈措施应得当。

水压试验应满足试验压力为0.9Mpa,保压时间为半小时冷却器不得渗漏变形的要求，冷却器布置应考虑安装检修方便。

三、水电站技术供水新技术的应用
循环冷却技术供水方式的出现，为水电站的技术供水方案提供了一种实用而可靠的技术方式。

经
图1 水电站机组循环冷却水系统图
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过多年的推广和完善，在近年的水电站设计中该方式得到了广泛的应用，对电站的经济运行产生了很好的效益。

以下举两例具有代表性的电站技术供水方案。

在云南省丽江市境内有已建成的的五郎河二级电站和石门坎电站。

由于五郎河流域上游水土流失严重，五郎河汛期河流泥沙含量大，且大粒径悬浮物及杂质过多，作为水电站技术供水水质条件较差，不能保证正常的技术供水。

石门坎电站设计水头达400m，发电引用水在汛期泥沙含量大且悬移质杂质较多，自流减压和尾水取水方式均不能保证技术供水的可靠性。

两个电站厂区附近均无其他可用水源，所以在设计时两个电站技术供水方案均采用循环水池加尾水冷却器方案。

电站建成投运以来循环冷却水系统运行稳定良好，由于该系统操作简单，运行维护方便，可实现自动化控制，能减少一定的运行维护成本并保障发电设备利用小时数，且有效地解决了多泥沙河流电站的技术供水水质差和高水头电站自流减压困难且厂区附近无水源供水的问题。

2007年在进行木底箐二级电站设计时，因电站设计水头达175m，超过了自流减压供水的上限水头。

而电站主机轴承采用轴承冷却器加轴瓦内冷方式，对冷却水质要求很高，由尾水取水经水泵及滤水器供水方式也不能保证轴瓦内冷水质，故设计采用循环冷却技术供水方式。

在具体施工过程中，由于厂区开挖后河床地形变窄造成尾水布置场地狭窄且与厂区交通相交叉，所以尾水冷却器无布置空间。

为满足现场布置条件，经仔细核算，决定取消尾水冷却器装置，改由扩大循环水池并由适量清洁山泉水进行补给降温的方案替代。

具体实施如下：
木底箐二级电站装机为2×4000kW，设计水头为175m，引用流量为5.4m3/s，为卧式布置混流式机组。

电站地处低纬高原，属亚热带与温带季风高原山地气候区。

由于境内高差悬殊，气候立体变化明显。

电站所处位置最高气温27.5℃，最低气温-11.1℃，无霜期175～185天。

厂区枢纽海拔高程2860～2680m，该区年平均气温9.8℃。

该站原设计技术供水系统考虑采用80m3循环水池及四台水泵加尾水冷却器形成循环供水冷却系统。

该方案正常为可行的，但由于厂区地形条件所限，尾水冷却器无法布置，经现场确认后，决定取消尾水冷却器装置，改由以下方案代替。

木底箐二级站的机组设备用水量为单机80m3/h，设备冷却器进出口水温差应在２℃左右。

厂区生活用水源为水质清洁良好且常年不断的山泉水，常年水温在10℃左右，可取用水量为30m3/h。

可将生活用水管设为DN100的管径引水，除保障厂区生活用水外，其余供水可补充到循环水池，循环水池扩大为160m3，以满足2台机1小时用水量。

循环水池顶部封闭仅设进人孔，水位线以上设通风散热孔及防尘网，池体内设循环通道，回水管由水池末端顶部进入，并在同一侧设溢流口，将回流的升温水其中一部分自流溢出，其余回流水经循环通道流向水泵取水侧，其间有1小时的自然冷却时间。

常年水温10℃左右水量为30m3/h的补给水由水池泵房取水口一侧进入水池。

对水池内循环水进行综合降温和循环补给，以保证循环水的温升得到控制并能使循环水在5小时左右更新循环一遍。

如此设置可使循环水池达到循环降温散热的效果，再考虑到该地区年平均气温仅为9.8℃，对循环水温影响不大，则整个循环冷却水系统冷热交换可达到合理的平衡，水池内水温可控制在夏季23℃以下，冬季15℃以下。

该方案不仅简单合理、维护方便且节约投入。

该电站已于2008年9月发电运行，技术供水系统运行良好，机组各轴承温度在35℃以下。

循环水池冬季运行水温稳定在15℃以下，夏季运行水温稳定在23℃以下。

为该电站的经济可靠运行提供了有力的保障。

四、结束语
我国许多已建或在建的水电站的技术供水方式，基本以传统自流减压供水和尾水取水水泵供水为主。

在实际运行中，由于取用水源水质情况较差和减压滤水设备过于庞杂，难免有故障发生，造成机组非正常停机，直接影响发电设备利（下转第40页）
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的调节余量。

2.初期投资预期目标的分解方法。

在水电工程项目划分、标段划分、合同界定成果，独立工作（如设计、监理等）界定成果，参照初期投资预期目标的制定方法，分析各种影响因素与投资控制水平，预测各单项工程、独立工作预期成本，将已经制定的初期投资预期总目标进行分解，即得到了各合同、各标段、各独立工作的投资预期分目标。

3.项目投资执行控制目标的分解与制定方法。

(1）在项目实质性实施之前，将已经制定并分解完成的初期投资预期总目标和分目标，暂时当作实施前项目投资执行控制总目标和分目标。

(2）项目实施过程中，每项合同签订后，根据当时条件和合同期内变更的可能，立即对新签合同进行预测性的履约分析，预测本合同最终发生额（可能高于合同额，也可能低于合同额），作为本合同的投资执行控制分目标。

(3）用上述投资执行控制分目标替换对应的初期投资预期分目标，得到项目投资执行控制总目标。

(4）遇到工程建设方案发生重大变更，无论投资是增是减，及时对项目执行控制分目标和总目标进行相应调整。

(5）在所有合同（含变更后的合同）的投资执行控制分目标全部确定之后，投资执行控制总目标才最终确定。

如此制定和分解的控制目标，才是有价值和实际意义的投资控制目标。

五、投资控制目标制定与分解的成果
1.《分项工程、独立工作初期投资预期目标汇总表》；
2.《建设资金筹措与使用计划表》；
3.《分项工程、独立工作投资执行控制目标汇总表》。

六、检验与评价
目标制定分解后，如再能对目标有效性、相关协调性、组织认同性进行检验与评价，必将为水电工程投资控制进一步奠定更加坚实的基础。

（上接第37页）用小时数，导致水电站的发电量下降，进而造成直接经济损失。

所以在进行水电站的技术供水设计时，可结合电站的实际条件，根据电站的水头范围和厂区附近的水源条件，通过技术经济比较，采用简单合理、经济可靠的技术供水方式极为重要。

循环冷却供水方式经过电站实际运行检验是一种简单可靠并且经济性很好的技术供水方式。

可为广大的水电站设计者和建设者多提供一种技术供水的选择方式。

用外引小水源对循环水池进行降温而取代尾水冷却器方式是为了探索一种新的方式，可供相同条件的水电站参考。

在实际应用中应结合其他供水方式和电站具体情况进行技术经济比较，再选择最适合该电站的技术供水方式，以保证电站的安全可靠运行，提高发电效益。

参考文献：
【1】水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册.水利电力出版社出版.
【2】水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定,DL/T5066-1996.水规总院及北京勘测设计院主编.电力工业部发布.
【3】成都川大华水工程技术开发部产品样本及介绍.
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