淺析水電站技術(shù)供水系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)方法

【摘 要】本文以某中型水電站為例，闡述了水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的組成、工作原理及設(shè)備參數(shù)，總結(jié)了機(jī)組投運(yùn)后技術(shù)供水系統(tǒng)存在的一些問題，通過一系列改造處理后技術(shù)供水系統(tǒng)安全可靠，為水電站的技術(shù)供水設(shè)計(jì)及技術(shù)改造提供了一些借鑒。

【關(guān)鍵詞】技術(shù)供水；水泵供水；自流減壓供水；軸承；電機(jī)

0.概述

某中型水電站主供水采用單元供水系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)設(shè)置一個(gè)供水單元，每個(gè)供水單元包含機(jī)組供水系統(tǒng)和主變供水系統(tǒng)兩個(gè)部分。機(jī)組冷卻水、主變冷卻水、機(jī)組密封水供水設(shè)備均布置在蝸殼層的水泵房內(nèi)，2009年首臺(tái)機(jī)組投運(yùn)至今，技術(shù)供水系統(tǒng)先后出現(xiàn)了一些問題，通過一系列改造處理后技術(shù)供水系統(tǒng)安全可靠。

1.技術(shù)供水系統(tǒng)的組成及原理

1.1用水設(shè)備

全站技術(shù)供水的用水設(shè)備包括，發(fā)電機(jī)上、下導(dǎo)軸承冷卻器，發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、推力軸承外循環(huán)裝置冷卻器、水導(dǎo)軸承冷卻器、水輪機(jī)主軸密封、調(diào)速器外加冷卻器、主變冷卻器及水冷式空壓機(jī)（中壓空壓機(jī)、檢修維護(hù)低壓空壓機(jī)及補(bǔ)氣低壓空壓機(jī)）。

1.2水源及供水方式

水電站水頭范圍為114.3～181.7m，此時(shí)采用自流減壓供水作為機(jī)組主供水源已不經(jīng)濟(jì)（減壓會(huì)過多的增加水能損耗，浪費(fèi)的水能已經(jīng)高于裝設(shè)水泵供水時(shí)的電能和設(shè)備的費(fèi)用），因此機(jī)組的技術(shù)供水方式采用水泵單元供水，自流減壓供水作為備用水源。單元供水即每臺(tái)機(jī)組各自有一組工作水泵，這種供水方式運(yùn)行靈活，可靠性高便于自動(dòng)控制。而集中供水是幾臺(tái)機(jī)組或全廠共用一組水泵，這種供水方式設(shè)備少，便于維護(hù)，但控制復(fù)雜，而且當(dāng)機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)改變時(shí)會(huì)引起供水水壓波動(dòng)。為使機(jī)組停機(jī)不致影響主變的冷卻用水，機(jī)組及主變壓器分別由獨(dú)立的供水泵供給。機(jī)組主軸密封用水以廠外自來清水系統(tǒng)清潔水為主供水，機(jī)組技術(shù)供水作為備用。

1.2.1機(jī)組冷卻水

（a）主供水源：機(jī)組冷卻水主供水源取自尾水管，經(jīng)過兩臺(tái)臥式單級(jí)雙吸離心泵加壓，兩臺(tái)全自動(dòng)濾水器過濾，通過一臺(tái)水控閥控制到達(dá)各用水設(shè)備。流經(jīng)冷卻器后的水排至尾水管。

（b）備用水源：機(jī)組冷卻水的備用水源取自壓力鋼管，經(jīng)二級(jí)減壓閥減壓至濾水器和水控閥，減壓閥排水至錐管。

1.2.2主變冷卻水

（a）主供水源：主變冷卻主供水源取自尾水管，經(jīng)過兩臺(tái)臥式單級(jí)雙吸離心泵加壓，兩臺(tái)全自動(dòng)濾水器過濾（濾水器排污至錐管），流經(jīng)主變冷卻器后的水經(jīng)尾水管上端排至尾閘室。

（b）備用水源：主變冷卻的備用水源取至機(jī)組備用水源即壓力鋼管經(jīng)二級(jí)減壓后一路成為機(jī)組冷卻的備用水源，另一路成為主變冷卻的備用水源；主變冷卻的備用水源另有一路取自廠房消防供水。

1.2.3主軸密封

（a）主供水源：采用廠外824m高程低位水池（900m3）兩條DN200mm的管線一級(jí)減壓后供給，其中1F-3F機(jī)組主軸密封、補(bǔ)氣空壓機(jī)為一組，4F-6F機(jī)組主軸密封、中壓氣機(jī)、檢修用氣低壓氣機(jī)、地下副廠房衛(wèi)生間為一組。

（b）備用水源：主軸密封備用水源取至機(jī)組冷卻主供水源水控閥后，經(jīng)管道離心泵和全自動(dòng)濾水器送至主軸密封（主軸密封水壓要求0.5～0.7Mpa，機(jī)組冷卻水壓達(dá)不夠，因此用管道泵加壓20米）。

1.2.4空壓機(jī)冷卻水

空壓機(jī)冷卻水直接取用清潔水系統(tǒng)，其冷卻水直接排至滲漏集水井。

2.技術(shù)供水存在的問題

水電站首臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行后，經(jīng)過近兩年時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐，技術(shù)供水系統(tǒng)出現(xiàn)一些問題，總結(jié)歸納出為以下：

（1）機(jī)組技術(shù)供水主用水源水泵不滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的有關(guān)揚(yáng)程、流量性能參數(shù)，水泵額定揚(yáng)程為35m（0.35MPa），流量為2262m3/h，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值壓力約0.28MPa，流量約1805m3/h，均低于額定參數(shù)。機(jī)組用水設(shè)備無法滿足設(shè)計(jì)給定的壓力和流量定值，只能通過關(guān)閉冷卻器進(jìn)出口蝶閥憋壓的方式運(yùn)行（部分閥門開度不足30°）。這種運(yùn)行方式會(huì)在蝶閥的閥盤處長期形成射流，造成閥門汽蝕，存在閥座密封沖毀的隱患。

（2）機(jī)組技術(shù)供水主用水源水泵的電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，局部溫度高達(dá)85℃，機(jī)組技術(shù)供電機(jī)接線盒內(nèi)接線柱螺栓擰緊力不夠，繞組線鼻子為開式短線鼻子，接觸面積不夠，運(yùn)行中接觸面發(fā)熱，接線端子過熱氧化，致使接線端子、電纜接頭燒損，絕緣破壞造成相間短路故障。

（3）變頻器與電機(jī)不配套，機(jī)組技術(shù)供水泵電機(jī)采用的是普通電機(jī)，而電氣控制采用的是變頻器，普通電機(jī)都是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的，不可能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求。根據(jù)國內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，變頻器對(duì)普通電機(jī)的影響主要為，在運(yùn)行中會(huì)引起電動(dòng)機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，會(huì)使電動(dòng)機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，以及對(duì)電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣和對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅，對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。

3.處理方案

（1）針對(duì)上述機(jī)組技術(shù)供水泵及電機(jī)存在的問題，通過分析發(fā)現(xiàn)機(jī)組技術(shù)供水水泵遠(yuǎn)離最優(yōu)工況工作（揚(yáng)程35m，流量2268m3/h），工作效率極低，遠(yuǎn)低于水泵額定設(shè)計(jì)88.5%的效率，導(dǎo)致出口壓力偏高，流量偏低，按照《水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（DL5066-1996）及《三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件JB/T8680.1-1998》的規(guī)定，結(jié)合目前各水泵運(yùn)行（流量及揚(yáng)程）及機(jī)組設(shè)備運(yùn)行溫升情況，選用了自貢水泵廠的500S35（G）離心泵和Y355L4-6/280kw電機(jī)，并將機(jī)組技術(shù)供水泵電機(jī)繞組線鼻子更換為閉式長線鼻子，增大了接觸面積，同時(shí)加裝了絕緣熱縮套，對(duì)接線柱進(jìn)行了緊固處理。

（2）針對(duì)機(jī)組和主變技術(shù)供水泵車式密封和軸承失效缺陷的典型缺陷，500S35（G）離心泵采用新型車式密封，將深溝球軸承更換為調(diào)心軸承，技術(shù)供水泵改造時(shí)對(duì)電機(jī)基礎(chǔ)螺栓進(jìn)行加強(qiáng)緊固處理，調(diào)整優(yōu)化了電機(jī)與同心度，并減小了由于震動(dòng)導(dǎo)致電機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生位移的情況，利用2011—2012年機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)6臺(tái)機(jī)組12臺(tái)技術(shù)供水泵進(jìn)行改造，經(jīng)過近一年時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)該型號(hào)水泵揚(yáng)程、流量性能參數(shù)能滿足供水系統(tǒng)要求，且閥門在全開狀態(tài)下能滿足設(shè)計(jì)院給定的壓力和流量定值要求，冷卻器進(jìn)出口蝶閥無需通過關(guān)閉憋壓的方式運(yùn)行，有效保證供水系統(tǒng)閥門等設(shè)備使用壽命，各部軸承及空氣冷卻器溫度也有所降低。

（3）針對(duì)變頻器與電機(jī)不配套的問題，經(jīng)過同電氣控制設(shè)備廠家及設(shè)計(jì)院溝通，將 1F、2F機(jī)組技術(shù)供水電氣控制由變頻器改為軟啟動(dòng)器，經(jīng)過一定時(shí)間的運(yùn)行與3F—6F機(jī)組技術(shù)供水水泵對(duì)比分析，兩種電機(jī)未出現(xiàn)明顯差異，決定變頻器控制的機(jī)組技術(shù)供水泵電機(jī)不更換為軟啟動(dòng)器。

（4）針對(duì)機(jī)組檢修后主變冷卻器主用水源供水中斷、消防水作為備用水源運(yùn)行不可靠的問題，增加了一路Φ200×6的主變冷卻水聯(lián)絡(luò)管，將6臺(tái)主變冷卻水聯(lián)絡(luò)， 6臺(tái)主變冷卻水形成相互備用，消除了安全隱患，提高了主變運(yùn)行可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳存祖，呂鴻年合編.水力機(jī)組輔助設(shè)備.中國水利水電出版社，2004，8.