中小型水電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析

洪 梅

（運(yùn)城市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 運(yùn)城 044000）

水電站供水主要包括技術(shù)供水、消防供水和生活供水。中小型水電站常以技術(shù)供水為主，兼顧消防及生活用水，組成統(tǒng)一的供水系統(tǒng)。下面結(jié)合山西省已建成的水電站工程，論述中小型水電站的技術(shù)供水。

1 技術(shù)供水對象和基本要求

1.1 技術(shù)供水對象

水電站的用水設(shè)備隨電站規(guī)模和機(jī)組型式而不同。中小型水電站主要有組軸承油冷器供水、水輪機(jī)導(dǎo)軸承的水潤滑供水、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器供水、水冷式空壓機(jī)供水、油壓裝置的冷卻供水等。如汾河二庫水電站為小型電站，裝有3臺單機(jī)容量3200kW的立式機(jī)組，機(jī)組設(shè)有軸承油冷卻供水、水輪機(jī)導(dǎo)軸承水潤滑供水、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器供水；張峰水庫川坡電站為小型電站，共裝機(jī)3臺，為臥式機(jī)組，1臺容量為3200kW，其余2臺容量均為1500kW，機(jī)組只設(shè)有軸承油冷卻器供水。

1.2 基本要求

用水設(shè)備所需的水量由制造廠提供，在初步設(shè)計(jì)時(shí)可參考類似的電站機(jī)組或用經(jīng)驗(yàn)公式、曲線圖表等進(jìn)行估算。供給用水設(shè)備的水必須保持一定的壓力，壓力過低時(shí)不能維持要求的流量，壓力過高時(shí)可能使用水設(shè)備損壞。中小型水電站機(jī)組的技術(shù)供水水壓一般為0.1～0.2MPa。

結(jié)合具體情況，各種冷卻器入口水溫按25℃作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，水溫常年低于25℃，可根據(jù)計(jì)算折減供水量。冷卻水溫度不宜太低，一般要求進(jìn)口水溫不低于4℃，進(jìn)出口水溫差維持在2～4℃。同時(shí)，技術(shù)供水中不允許含有漂浮物，一般要求冷卻水泥沙含量不大于5kg/m3，泥沙粒徑不大于0.1mm，潤滑水泥沙含量不大于0.1kg/m3，泥沙粒徑不大于0.025mm；技術(shù)供水力求不含有油污等有機(jī)物；技術(shù)供水要求用軟水，水的暫時(shí)硬度不超過8°～12°，pH值為7～8。由于山西有部分河流泥沙含量偏高，因此技術(shù)供水一般需專門設(shè)置水塔或高位水池來儲蓄清水。

2 技術(shù)供水凈化處理

2.1 技術(shù)供水的凈化

對水中所含漂浮物、懸浮物、泥沙等機(jī)械雜質(zhì)的清除稱為水的凈化，主要方法包括使用攔污柵、濾水器等設(shè)備清除水中的漂浮、懸浮物和使用沉沙池、水力旋流器等工程手段或設(shè)備清除水中的泥沙。

2.2 水生物的防治

水生物的防治常采用以下方法：一是向技術(shù)供水中投放毒藥毒殺，但須注意防止對下游河道的污染；二是提高管內(nèi)流速和水溫，阻止水生物生長。山西地處北方，受水生物影響較小，設(shè)計(jì)時(shí)不專門考慮。

3 技術(shù)供水水源及供水方式

3.1 技術(shù)供水的水源

技術(shù)供水水源不僅要滿足用水設(shè)備對水的基本要求，還要使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)簡單，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。一般情況下，均采用電站所在河流作為技術(shù)供水水源。如汾河二庫水電站，取水口設(shè)置在2號和3號水輪機(jī)進(jìn)水閥前的壓力鋼管上，河流水經(jīng)過水庫沉淀和濾水器過濾后，能夠滿足機(jī)組的技術(shù)供水要求。只有當(dāng)河水不能滿足需要時(shí)，才考慮其他水源。為了保證供水可靠，還需設(shè)置不同形式的備用水源。

從上游取水可以利用水電站的自然落差，不需要或減少了提水費(fèi)用，是設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的水源類型。按取水口布置的位置可分為蝸殼取水、壓力引水管取水和壩前取水。

當(dāng)上游取水不能滿足水壓要求或能源利用不合理時(shí)，常用水泵從下游尾水抽水，再送至各用水設(shè)備。該取水方式每臺水泵需有單獨(dú)的取水口，布置靈活，管道較短，但其可靠性差，設(shè)備投資運(yùn)行費(fèi)用增加。

當(dāng)河水不能滿足水質(zhì)要求時(shí)，可采用地下水作為供水水源。但需在電站勘測時(shí)確定有否可供利用的地下水源，地下水源一般水質(zhì)較好，特別適用于水輪機(jī)導(dǎo)軸承的潤滑。該取水方式應(yīng)設(shè)置足夠大的水池。水池上下部分別設(shè)置溢流和排污通道，水位應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，防止水池缺水。

3.2 供水方式

3.2.1 自流供水

水頭為20～80m的水電站，當(dāng)水質(zhì)、水溫均符合要求或水質(zhì)經(jīng)簡單凈化能滿足要求時(shí)，一般采用從上游取水的自留供水方式。這種方式供水可靠，設(shè)備簡單，運(yùn)行維護(hù)方便，是設(shè)計(jì)、運(yùn)行理想的供水方式。當(dāng)電站水頭高于50m時(shí)，必須設(shè)置減壓措施，保證設(shè)備安全。山西省近幾年設(shè)計(jì)運(yùn)行的水電站大多采用此方式供水，如張峰水庫川坡電站、柏葉口水庫電站等。

3.2.2 水泵供水

水頭高于80m或水頭低于12m的電站多采用水泵供水方式，可保證所要求的水量和水壓。高水頭電站一般從下游抽水，低水頭電站可根據(jù)實(shí)際情況考慮，既可從下游抽水，也可從上游抽水。從上游抽水時(shí)，可減少水泵揚(yáng)程，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。這種供水方式布置靈活，可設(shè)置單臺機(jī)組的獨(dú)立供水系統(tǒng)，便于機(jī)組自動(dòng)控制。但供水可靠性差，當(dāng)失去電源時(shí)供水會中斷，設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。

3.2.3 混合供水

混合供水是既有自流供水又有水泵供水的供水方式。水頭為12～20m的電站，單一供水不能滿足要求，需要采用混合供水。主要有自流供水與水泵供水交替使用的系統(tǒng)、自流與水泵按用戶同時(shí)供水的系統(tǒng)及水塔供水系統(tǒng)，用水泵抽水至水塔，再由水塔自流供水的系統(tǒng)。汾河二庫水電站采用的是自流供水和水泵供水交替使用的系統(tǒng)，由于汾河二庫庫水位變幅大，故采用此種形式，近年來由于水庫水量充沛，技術(shù)供水泵幾乎沒有開啟過。

3.2.4 射流泵供水

水電站水頭為80～160m時(shí)，可采用射流泵供水。利用上游水庫的高壓水來抽吸下游的尾水，混合成一股壓力居中的液流給機(jī)組供水。射流泵設(shè)備簡單，不需要外加電源，運(yùn)行可靠。

3.2.5 水輪機(jī)頂蓋供水

中、高水頭電站可從水輪機(jī)頂蓋取水，利用轉(zhuǎn)輪密封漏水作為機(jī)組技術(shù)供水，其水源可靠，水量充足，可保證水質(zhì)清潔、水壓穩(wěn)定；操作控制簡單，能隨機(jī)組的啟停自動(dòng)投入和切除水源；能隨機(jī)組出力的增減自動(dòng)加大、減小供水量；節(jié)省能量。

3.3 設(shè)備配置方式

3.3.1 集中供水

全站所有用水設(shè)備均由一個(gè)或幾個(gè)共用的取水設(shè)備取水，再經(jīng)共用的干管供給各用水設(shè)備。該配置便于集中布置，運(yùn)行維護(hù)方便，適用于中、小型水電站。山西水電站一般都屬于小型，大多采用集中供水。

3.3.2 單元供水

全站沒有共用的供水設(shè)備和管道，每臺機(jī)組自設(shè)取水口、設(shè)備和管道，自成體系，獨(dú)立運(yùn)行。這種配置適用于大型機(jī)組。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組間互不干擾，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，便于運(yùn)行與維護(hù)。

3.3.3 分組供水

當(dāng)電站的機(jī)組臺數(shù)較多時(shí)，采用集中供水，管道太長造成供水不均；采用單元供水，設(shè)備數(shù)量太多。此時(shí)可將機(jī)組分成若干組，每組構(gòu)成一個(gè)完整的供水系統(tǒng)。其特點(diǎn)是既減少了設(shè)備，又便于運(yùn)行。

4 技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 技術(shù)供水系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)技術(shù)供水系統(tǒng)主要根據(jù)電站實(shí)況，選定水源、供水方式、選擇設(shè)備、擬制技術(shù)供水系統(tǒng)、校核供水參數(shù)、確定技術(shù)供水系統(tǒng)圖等。技術(shù)供水系統(tǒng)圖由水源、管道系統(tǒng)、量測控制元件及用水對象等組成。在初設(shè)階段選定水源、供水方式和供水設(shè)備后，擬定技術(shù)供水系統(tǒng)圖。在施工設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)設(shè)備用水資料，核定供水設(shè)備容量，并修訂系統(tǒng)圖。

4.2 技術(shù)供水系統(tǒng)的布置

供水系統(tǒng)布置屬于輔助設(shè)備的布置內(nèi)容，通常是在電站樞紐布置、廠房機(jī)電設(shè)備布置后進(jìn)行。在布置輔助設(shè)備時(shí)，必須遵循布置緊湊、位置合理，在安裝、檢修、運(yùn)行、維護(hù)等方面，應(yīng)滿足安全、可靠、靈活、方便的要求，適當(dāng)考慮整齊美觀。

5 結(jié)語

合理的水電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅能保證機(jī)組安全運(yùn)行，還可延長機(jī)組的使用壽命，減小設(shè)備能耗和損耗，同時(shí)可節(jié)能減排，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。