越南如桂2級(jí)水電站水力機(jī)械輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其環(huán)保排放處理系統(tǒng)

陳家春

(福州市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福建 福州 350001)

越南如桂2級(jí)水電站水力機(jī)械輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其環(huán)保排放處理系統(tǒng)

陳家春

(福州市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福建 福州 350001)

摘要：某些傳統(tǒng)的小水電輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠注重自然環(huán)境的保護(hù)，從水電站生態(tài)文明的建設(shè)趨勢(shì)看，會(huì)給電站周邊及下游生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不利影響。結(jié)合越南如桂2級(jí)水電站實(shí)際情況，綜合考慮機(jī)組運(yùn)行可靠性、技術(shù)先進(jìn)性和工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，既能滿足電站長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，同時(shí)又能滿足當(dāng)前的節(jié)能環(huán)保需要；另外對(duì)水力機(jī)械輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)也進(jìn)行了探討和研究。圖1幅。

關(guān)鍵詞：水電站；水力機(jī)械；輔助系統(tǒng)；節(jié)能環(huán)保；設(shè)計(jì)

1電站概況

如桂2級(jí)水電站坐落在越南Ha Giang省, Meo Vac區(qū), Son Vi社區(qū),如桂河上。電站總裝機(jī)容量為52.8 MW，多年平均發(fā)電量217.55 GW·h。電站為徑流引水式，樞紐工程由大壩、引水系統(tǒng)、廠房、開(kāi)關(guān)站組成。電站最大水頭63.68 m，額定水頭59.50 m，平均水頭61.92 m，最小水頭58.92 m，安裝2臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組。

2水力機(jī)械設(shè)備

2臺(tái)水輪機(jī)型號(hào)為HLD267—LJ—242，額定出力27.22 MW，額定流量49.92 m3/s，額定轉(zhuǎn)速272.7 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速531 r/min，吸出高度-2.5 m，水輪機(jī)安裝高程355.70 m。

2臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF26.4—22/4800，額定容量26.4 MW，額定電壓10.5 kV，額定電流1 814 A，額定功率因數(shù)0.80(滯后)，額定效率98%，頻率50 Hz，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量730 t·m2。發(fā)電機(jī)為立式懸掛式結(jié)構(gòu)，通風(fēng)冷卻方式為密閉雙路自循環(huán)的空氣冷卻，設(shè)有4只空氣冷卻器。

每臺(tái)水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口裝設(shè)3300KD741hX型液控重錘蝶閥，公稱直徑3.3 m，公稱壓力1.0 MPa，開(kāi)啟時(shí)間60～90 s，關(guān)閉時(shí)間90～120 s。

每臺(tái)水輪機(jī)配1臺(tái)YWT—20000—16—S型蓄能式高油壓調(diào)速器，操作油壓16 MPa。調(diào)速器設(shè)置有氣囊式高壓油壓裝置(由回油箱、高壓齒輪油泵、氣囊式蓄能器、溢流閥及其他部件組成)，該裝置配有9個(gè)40 L氣囊式蓄能器，每個(gè)氣囊式蓄能器由氣囊和鋼瓶組成，安裝在油壓裝置的回油箱內(nèi)，可單獨(dú)卸下。

3水力機(jī)械輔助系統(tǒng)

3.1　冷卻供水系統(tǒng)

由于電站運(yùn)行水頭適合直接供水，發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水輪機(jī)水導(dǎo)軸承油冷卻器與發(fā)電機(jī)空冷器冷卻水采用單元自流供水方式。每臺(tái)機(jī)組進(jìn)水蝶閥前壓力鋼管設(shè)置1個(gè)取水口，取水口設(shè)置固定攔污柵，并設(shè)壓縮空氣吹掃管。壓力鋼管取水經(jīng)過(guò)互為備用的2套并聯(lián)全自動(dòng)濾水器及其相應(yīng)閥門組過(guò)濾后，供水至各用水對(duì)象。全自動(dòng)濾水器具有自動(dòng)清污功能，配有專用控制箱，能在就近或者遠(yuǎn)端監(jiān)控其運(yùn)行狀況，其電動(dòng)排污閥的動(dòng)作有差壓或者時(shí)間兩種控制方式，濾水器排污就近排至排水溝。電站單臺(tái)機(jī)組用水量約為280 m3/h。全自動(dòng)濾水器型號(hào)為ZLSG—200B，公稱直徑DN200，最大過(guò)流量339 m3/h，公稱壓力1.0 MPa，配套電機(jī)功率0.84 kW。

3.2　消防供水系統(tǒng)

消防供水對(duì)象為廠區(qū)、開(kāi)關(guān)站及廠房?jī)?nèi)各層消防及發(fā)電機(jī)內(nèi)部消防，用水取自專用的消防水池。消防水池設(shè)在廠外，有效容積為120 m3。發(fā)電機(jī)、主變、透平及絕緣油庫(kù)均為自動(dòng)水噴霧滅火，并設(shè)有雨淋閥裝置，消防監(jiān)視和滅火動(dòng)作均由消防監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行。發(fā)電機(jī)水噴霧消防由消防監(jiān)控系統(tǒng)首先發(fā)出要求動(dòng)作信號(hào)，后經(jīng)人工判斷確認(rèn)后，手動(dòng)動(dòng)作。其余部位采用消防栓滅火，包括蝶閥層、蝸殼層、水輪機(jī)層、發(fā)電機(jī)層、安裝場(chǎng)及廠區(qū)消防。

3.3　排水系統(tǒng)

3.3.1檢修、滲漏排水系統(tǒng)

電站檢修排水主要有：尾水管、蝸殼及一部分壓力鋼管中的積水，以及上下游閘門漏水。電站檢修排水采用間接排水方式，每臺(tái)機(jī)組尾水管底部設(shè)有排水口和排水管，檢修時(shí)，尾水管積水經(jīng)底部排水管匯集至布置在2臺(tái)機(jī)組之間共用的檢修集水井，后通過(guò)檢修集水井上布置的2臺(tái)互為備用的立式離心泵排至下游尾水。尾水管底部排水管出水末端上設(shè)直埋式閘閥控制。檢修集水井內(nèi)設(shè)有水位傳感器，用于遠(yuǎn)程控制水泵的啟停。蝸殼和壓力鋼管內(nèi)積水直接排至尾水管。檢修集水井上排水泵參數(shù)：型號(hào)ISG100—400A，流量63.5～109 m3/h，揚(yáng)程40.5～46.5 m，配套功率22 kW。

廠房滲漏排水主要有：地下廠房?jī)?nèi)建筑物滲漏水，機(jī)組蝸殼槽鋼排水和機(jī)組固定導(dǎo)葉排水。滲漏排水也采用間接排水方式，滲漏水集中排至滲漏集水井，再通過(guò)集水井上布置的2臺(tái)互為備用的立式離心泵排至下游尾水。滲漏集水井內(nèi)設(shè)有水位傳感器，用于遠(yuǎn)程控制水泵的啟停。滲漏集水井上排水泵參數(shù)：型號(hào)ISG80—315，流量30～60 m3/h，揚(yáng)程29～34 m，配套功率11 kW。

3.3.2事故緊急排水

在管路破裂，排水泵故障，甚至水淹廠房等事故情況下，為了保證及時(shí)有效地將廠房?jī)?nèi)積水排出廠外，減少?gòu)S房損失，或者為處理事故贏得時(shí)間，電站另外設(shè)置了1臺(tái)移動(dòng)式潛水泵作為緊急排水之用，水泵型號(hào)200WQ—540，排水量300 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程38 m，安放在廠房蝶閥層集水井上方。緊急事故使用時(shí)，水泵通過(guò)軟管及活接頭接至排水總管，從而把廠房積水排至下游尾水。

3.4　含油污水排放及處理系統(tǒng)

隨著人類生態(tài)文明日益發(fā)展，生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)日漸增強(qiáng)，人們十分重視自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和資源的回收利用。本電站中所有含油污水均通過(guò)管路收集到專門的油混水集水井，分為透平油混水集水井和絕緣油混水集水井。

透平油混水集水井污油水來(lái)源包含：機(jī)組主軸密封排水，機(jī)組頂蓋排水，機(jī)組機(jī)坑滲漏水，油處理室滲漏水和發(fā)電機(jī)消防排水。透平油混水集水井容量59.7 m3，由中間隔開(kāi)，分成兩部分，進(jìn)水側(cè)部分15.92 m3，另一側(cè)43.78 m3，中間設(shè)置1根橫“T”型連通管，在污油水進(jìn)入一側(cè)集水井部分的連通管頂部封閉。由于油密度小于水密度及連通器原理，污油水靜置分層，且其下層水通過(guò)連通管底部流至另一側(cè)集水井部分，初步分離污油水。低含油污水被集中在集水井另一側(cè)，通過(guò)設(shè)置在集水井上的2臺(tái)互為備用的立式離心泵，將低含油污水抽至廠區(qū)內(nèi)專用的污油水處理裝置。污油水處理裝置主要由檢查井、沙油分離井、油分離井、活性碳濾油井、檢查井組成；通過(guò)該裝置可對(duì)水和油進(jìn)一步分離，將分離出來(lái)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的污水排至下游尾水，從油分離井出來(lái)的油抽至廠區(qū)內(nèi)的污油車。排水標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到越南TCVN 5945：2005 Industrial waste water—Discharge standards(工業(yè)廢水—排放標(biāo)準(zhǔn))的B類型，即礦物油含量最大容許濃度為5 mg/L，動(dòng)植物油最大容許濃度為20 mg/L。

集水井進(jìn)水側(cè)設(shè)置2臺(tái)互為備用的齒輪油泵，將集水井進(jìn)水側(cè)部分的浮油抽至廠區(qū)內(nèi)的污油車。集水井兩側(cè)均設(shè)有液位傳感器，用于控制泵的啟停。污油車將被污染的油收集起來(lái)，統(tǒng)一回收利用。2臺(tái)立式離心泵參數(shù)：型號(hào)ISG65—200B，流量14～26 m3/h，揚(yáng)程34.5～40 m，配套功率5.5 kW。2臺(tái)齒輪油泵參數(shù)：型號(hào)KCB—55，流量3.3 m3/h，壓力0.45 MPa，配套功率0.5 kW。

絕緣油混水集水井污油水來(lái)源為變壓器消防排水，同樣用透平油混水處理的方式回收油資源，分離滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的污水排至下游尾水，絕緣油混水集水井容量為165 m3。

透平油污水排放及處理系統(tǒng)如下所示(見(jiàn)圖1)。

圖1透平油污水排放及處理系統(tǒng)示意

3.5　透平油系統(tǒng)

透平油庫(kù)及油處理室位于發(fā)電機(jī)層，用于機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)及水導(dǎo)軸承用油，調(diào)速器油壓裝置和進(jìn)水閥操作用油的存儲(chǔ)、供排油和油處理。油處理室內(nèi)設(shè)置1只3 m3凈油桶和1只3 m3運(yùn)行油桶，油桶上設(shè)有有機(jī)玻璃油位計(jì)。同時(shí)，通過(guò)出油管上壓力變送器，遠(yuǎn)端監(jiān)控其油位。為滿足透平油的過(guò)濾處理，配置1臺(tái)ZJCQ—2型透平油過(guò)濾機(jī)，油處理量2 m3/h，壓力為0.15 MPa，配置1臺(tái)KCB—50型齒輪油泵，油處理量3 m3/h，壓力為0.45 MPa。全廠設(shè)DN50的供排油管路至各臺(tái)機(jī)組。機(jī)組各油槽及油壓設(shè)備上裝有活接頭和閥門，當(dāng)機(jī)組需要供排油時(shí)，可將齒輪油泵用軟管與供排油總管連接操作。運(yùn)行油桶內(nèi)的污油可通過(guò)透平油過(guò)濾機(jī)處理。

3.6　氣系統(tǒng)

空壓機(jī)室位于水輪機(jī)層，由于電站調(diào)速系統(tǒng)的用油壓力由調(diào)速器自帶的蓄能器提供，無(wú)需設(shè)置中壓氣系統(tǒng)，因此電站僅設(shè)置了低壓氣系統(tǒng)，用于機(jī)組制動(dòng)用氣、檢修密封用氣和風(fēng)動(dòng)工具吹掃用氣等?？諌簷C(jī)室設(shè)置2臺(tái)WF2/8型低壓空壓機(jī)，供氣量2.0 m3/min，2臺(tái)低壓儲(chǔ)氣罐，容積2.0 m3，工作壓力0.8 MPa。其中一個(gè)儲(chǔ)氣罐供機(jī)組制動(dòng)、主軸密封供氣，另一個(gè)用于檢修供氣，2個(gè)儲(chǔ)氣罐供氣管用管路連通并設(shè)置止回閥，使得供檢修吹掃的氣罐可以為制動(dòng)儲(chǔ)氣罐補(bǔ)氣，從而保證了制動(dòng)供氣氣源的可靠性?？諌簷C(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)由儲(chǔ)氣罐和供氣干管上的壓力變送器信號(hào)反饋控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣系統(tǒng)的控制、保護(hù)、報(bào)警等功能。

3.7　水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為全廠性監(jiān)測(cè)和機(jī)組段監(jiān)測(cè)。全廠性監(jiān)測(cè)有上、下游水位和進(jìn)水口攔污柵前后壓力差。上游水位攔污柵壓差傳感器均設(shè)在電站首部，下游水位傳感器設(shè)在尾水檢修閘門外側(cè)，信號(hào)均傳至廠房中控室。機(jī)組段監(jiān)測(cè)包括蝸殼測(cè)流、蝸殼進(jìn)口測(cè)壓、頂蓋測(cè)壓、導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間測(cè)壓、尾水管進(jìn)口測(cè)壓、尾水管壓力脈動(dòng)測(cè)壓、尾水管出口測(cè)壓。蝸殼測(cè)流由蝸殼內(nèi)外端口各一個(gè)測(cè)點(diǎn)通過(guò)流量差壓變送器信號(hào)反饋，其余測(cè)壓均由壓力傳感器信號(hào)反饋，統(tǒng)一輸送至中控室。尾水管壓力脈動(dòng)和尾水管出口測(cè)壓儀表盤設(shè)置在蝶閥層，其余測(cè)壓儀表盤統(tǒng)一設(shè)置在蝸殼層。

4節(jié)能環(huán)保淺論

綜合考慮小水電水力機(jī)械輔助系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)性、可靠性和工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)又能滿足電站長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行及當(dāng)前的環(huán)保要求，對(duì)如桂2級(jí)小型水電站的輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)在節(jié)能環(huán)保方面進(jìn)行了部分探討和研究。

電站調(diào)速器采用帶高壓蓄能罐的形式，故當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)瞬時(shí)需要大量壓力油時(shí)，由蓄能器和油泵同時(shí)供油，可減少電機(jī)油泵的啟動(dòng)次數(shù)；氣囊式蓄能器可以緩和沖擊，吸收脈動(dòng)壓力和沖擊壓力，使調(diào)速系統(tǒng)壓力平衡，延長(zhǎng)油泵使用壽命。而該調(diào)速器最主要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是保證了調(diào)速器油壓的自我配置，因此，電站省去了中壓氣系統(tǒng)，僅設(shè)置低壓氣系統(tǒng)，節(jié)省用氣管路及長(zhǎng)期資源消耗。整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)在滿足電站需要的同時(shí)，優(yōu)化了工程設(shè)計(jì)，既有其技術(shù)先進(jìn)性又達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的技術(shù)要求。

電站滲漏排水系統(tǒng)進(jìn)行了拆分處理，含油污水部分通過(guò)污油水集水井和污油水處理系統(tǒng)兩步分離，排水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才排至下游尾水，同時(shí)回收部分電站用油。整個(gè)滲漏排水系統(tǒng)充分回收再利用了電站的用油資源，并保證了滲漏排水系統(tǒng)的達(dá)標(biāo)排放，從而更好地保護(hù)電站周邊及下游生態(tài)環(huán)境。從電站建設(shè)經(jīng)濟(jì)性考慮，集水井為滲漏部分拆分而來(lái)，并未大面積增加用地，僅增加部分小型設(shè)備及管路，占用電站的資金比例非常小，但其產(chǎn)生的環(huán)境效益卻非常明顯。

縱觀國(guó)內(nèi)已建成的小型水電站輔助系統(tǒng)，包括傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)，大部分均未對(duì)電站油污水的排放做排前處理，沒(méi)有設(shè)計(jì)專門的含油污水處理系統(tǒng)。我國(guó)雖有污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978—1996)，但在傳統(tǒng)的小型水電站設(shè)計(jì)建設(shè)中卻未引起重視，更未按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電站含油污水進(jìn)行排放處理設(shè)計(jì)，這對(duì)電站周邊環(huán)境及下游自然生態(tài)資源造成長(zhǎng)期的不利影響。

水是生命的源泉,含油污水難以降解，嚴(yán)重污染水質(zhì)，會(huì)直接或間接毒害水生物。油類密度比水小，容易在水面形成油膜，阻止空氣中的氧溶解于水，減少了水中的溶解氧，致使水生動(dòng)物因缺氧而死亡。油膜吸收光線，影響河流中浮游植物的光合作用；眾所周知，浮游植物處于河流食物鏈的最底層，浮游植物數(shù)量的減少自然會(huì)引起食物鏈中其他更高環(huán)節(jié)上的生物數(shù)量的相應(yīng)減少，這樣就導(dǎo)致了整個(gè)河流生物群落的衰退。另外，浮游植物又是河流中氧氣的主要供應(yīng)者，所以河水中溶解氧的含量也將隨之而降低，而一些厭氧的種群增殖，好氧的生物則進(jìn)一步衰減，惡性循環(huán)，最終結(jié)果是導(dǎo)致河流生態(tài)平衡的失調(diào)。

由于灌溉及家畜用水等原因，長(zhǎng)久的水污染會(huì)直接造成下游沿岸土壤及農(nóng)作物污染。土壤的截留和吸附作用可使油殘存于土壤表層,造成土壤理化性狀變化，影響生物生長(zhǎng),甚至導(dǎo)致其死亡。油粘附于植物體表,阻斷植物的光線需求，也可使植物枯萎死亡；而農(nóng)作物的污染及牲畜用水，又促進(jìn)沿岸動(dòng)物及家畜、家禽和人體內(nèi)有毒物質(zhì)的聚集, 危及整個(gè)下游沿岸食物鏈的安全，影響人的健康。

因此，在當(dāng)前我國(guó)積極倡導(dǎo)生態(tài)文明建設(shè)的大好形勢(shì)下，且新修訂的《環(huán)境保護(hù)法》也于2015年1月1日起實(shí)施，我國(guó)小型水電站的設(shè)計(jì)建設(shè)也應(yīng)當(dāng)在環(huán)保節(jié)能方面提出更高的要求，為保護(hù)水利資源及水生態(tài)環(huán)境的建設(shè)做出更大的努力。建議國(guó)內(nèi)小水電的設(shè)計(jì)建設(shè)，特別是在近期大面積的電站增效擴(kuò)容改造中，應(yīng)加入油污水排放處理的設(shè)計(jì)建設(shè)要求；而即將在全國(guó)開(kāi)展的農(nóng)村水電站安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中，水電站的排放處理系統(tǒng)更應(yīng)該納入其考核范圍。

5結(jié)語(yǔ)

如桂2級(jí)小型水電站輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)在滿足電站水力機(jī)械設(shè)備需要的同時(shí)，在節(jié)能環(huán)保方面也進(jìn)行了一些有益的嘗試，對(duì)電站周邊及下游環(huán)境也有一定的環(huán)境效益和生態(tài)效益。

參考文獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯吳昊

作者簡(jiǎn)介：陳家春(1979-)，男，工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。E_mail:8018453@qq.com

收稿日期：2015-08-11