拉拉山水電站冬季防凍措施

劉加將，何 凱，楊 城

（1.四川華能康定水電有限責(zé)任公司，四川甘孜 626000，2.四川華能巴塘水電有限公司，四川甘孜 627650）

0 引言

華能拉拉山水電站位于四川省甘孜州巴塘縣境內(nèi)，總裝機(jī)容量2×48 MW，為徑流引水式電站。電站所處地海拔高度約2800～3000 m，屬高山高原氣候，冬季寒冷、晝夜溫差大，夜間氣溫常在0 ℃以下（極端最低氣溫-12.8 ℃）。電站投產(chǎn)初期，多次出現(xiàn)了管路、閥門凍裂，冷卻器內(nèi)積水結(jié)冰，電氣設(shè)備低溫報(bào)警等一系列問題，給電站安全生產(chǎn)帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)防凍出現(xiàn)的具體問題，電站工作人員采取了切實(shí)可行的防凍措施，經(jīng)過近年的不斷總結(jié)和改進(jìn)，取得了良好效果，有效保障了電站安全生產(chǎn)。

1 廠房整體防凍措施

拉拉山電站主廠房為地面廠房結(jié)構(gòu)，自上到下分為發(fā)電機(jī)層（含安裝間）、水輪機(jī)層、球閥層。廠房主體建筑地上部分高度為15.3 m，地下部分深度為17.5 m，各層均設(shè)有通風(fēng)換氣設(shè)備。廠房墻體為混泥土空心磚結(jié)構(gòu)，未設(shè)置有保溫層，屋頂采用鋼架彩鋼瓦結(jié)構(gòu)，設(shè)置有保溫層，整體保溫效果較差。采取防凍措施前，實(shí)測(cè)廠房冬季溫度為-2～10 ℃，濕度為10%～30%RH，晝夜溫差大，深夜氣溫低于0 ℃。

1.1 合理通風(fēng)換氣

充分利用高原地區(qū)晝夜溫差大的氣候特點(diǎn)，拉拉山電站廠房整體采用PLC 控制通風(fēng)系統(tǒng)啟停，冬季每日固定時(shí)間段換氣兩次，以提高廠房整體溫度。第一次換氣時(shí)間選擇在每日10：00—11：00，該時(shí)間段廠房?jī)?nèi)外溫度基本相等，可以將廠房?jī)?nèi)長(zhǎng)時(shí)間積累的劣質(zhì)空氣與廠房外優(yōu)質(zhì)空氣進(jìn)行互換，因廠房?jī)?nèi)外溫差不大，不會(huì)影響廠房整體溫度。第二次換氣時(shí)間選擇在每日14：00—15：00，該時(shí)間段廠房外氣溫最高，將廠房?jī)?nèi)冷空氣與廠房外熱空氣進(jìn)行互換，以提高廠內(nèi)空氣溫度。通過簡(jiǎn)單的風(fēng)機(jī)控制，有效提高了廠房整體溫度。

1.2 充分利用設(shè)備余熱

發(fā)電機(jī)在發(fā)電過程中，會(huì)產(chǎn)生銅損及鐵損，造成發(fā)電機(jī)發(fā)熱，通常使用空氣冷卻器將風(fēng)洞內(nèi)熱風(fēng)進(jìn)行冷卻以降低發(fā)電機(jī)溫度。為充分利用發(fā)電機(jī)自身余熱，拉拉山電站將發(fā)電機(jī)上、下機(jī)架部分蓋板由密封結(jié)構(gòu)改為網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)，使風(fēng)洞形成上、下空氣循環(huán)通道，利用發(fā)電機(jī)自身銅損及鐵損發(fā)熱加熱風(fēng)洞內(nèi)冷空氣。風(fēng)洞內(nèi)加熱后的熱空氣因密度比冷空氣小，通過自身浮力經(jīng)上機(jī)架孔狀蓋板進(jìn)入廠房，在熱空氣流出的同時(shí)，冷空氣通過下機(jī)架網(wǎng)孔狀蓋板流入風(fēng)洞進(jìn)行補(bǔ)充，使空氣在廠房?jī)?nèi)循環(huán)并加熱，從而提高廠房溫度并能強(qiáng)化發(fā)電機(jī)冷卻效果，達(dá)到一舉兩得的效果。

1.3 增加外來(lái)熱源

拉拉山電站廠房外墻無(wú)保溫結(jié)構(gòu)，冬季廠房外部氣溫低時(shí)，熱量損失大，若不及時(shí)補(bǔ)充會(huì)出現(xiàn)廠房溫度過低而導(dǎo)致設(shè)備低溫故障及損壞。拉拉山電站在發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、球閥層分別設(shè)置4 臺(tái)ZH10 型電加熱器（功率6 kW），補(bǔ)充夜間散失的熱量。電加熱器利用溫控開關(guān)自動(dòng)控制啟停，根據(jù)廠房氣溫變化情況，將啟動(dòng)溫度設(shè)定為5 ℃，停止溫度設(shè)定為8 ℃。通過加裝電加熱器可及時(shí)補(bǔ)充廠房夜間散失的熱量，維持廠房溫度。

1.4 降低空氣濕度

空氣濕度過高，空氣中水蒸發(fā)會(huì)吸收熱量，造成溫度下降。針對(duì)廠房空氣濕度偏高的問題，在球閥層、水輪機(jī)層分別布置有2 臺(tái)CFZ10D 型的除濕機(jī)，通過設(shè)備自帶濕度自動(dòng)控制器，自動(dòng)控制空氣濕度。

2 設(shè)備防凍措施

水電站冬季防凍的最終目的是防止設(shè)備損壞，冷卻器、蓄電池、柴油發(fā)電機(jī)、測(cè)壓管路等設(shè)備，因儲(chǔ)存有水或其他液體，在低溫狀態(tài)容易出現(xiàn)液體凝固現(xiàn)象，需要重點(diǎn)防范。

2.1 機(jī)械設(shè)備防凍措施

拉拉山電站在冬季處于枯水期，來(lái)水通常只能滿足單機(jī)運(yùn)行的要求，故需要對(duì)停機(jī)的機(jī)械設(shè)備采取防凍措施。

發(fā)電機(jī)冬季溫度過低會(huì)造成濕氣凝結(jié)結(jié)露而使絕緣電阻降低，拉拉山電站采用在發(fā)電機(jī)下機(jī)架處加裝9 組發(fā)熱電阻（功率500 W），在機(jī)組停機(jī)時(shí)利用機(jī)組PLC 控制發(fā)熱電阻啟停，對(duì)停機(jī)后的發(fā)電機(jī)整體加熱。

水電站技術(shù)供水系統(tǒng)通常設(shè)置有尾水冷卻器，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，尾水冷卻器內(nèi)水流處于靜止?fàn)顟B(tài)，在低溫情況下管路會(huì)因水凝結(jié)而出現(xiàn)堵塞或破裂現(xiàn)象。拉拉山電站在技術(shù)供水泵出口處加裝有防凍吹水氣管，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)手動(dòng)開啟防凍吹水閥，利用壓縮空氣吹水10～15 min，將管路內(nèi)積水排走，防止液體凝結(jié)。

2.2 電氣設(shè)備防凍措施

直流蓄電池自身發(fā)熱較少且對(duì)溫度要求高，故需要增加外來(lái)熱源以防凍。因熱空氣較輕會(huì)上浮到房間頂部，拉拉山電站將直流蓄電池室房間高度由6 m 降低為3.5 m，并加裝1 臺(tái)3 P空調(diào)，以提高房間溫度。

電氣屏柜內(nèi)裝有多種儀器、儀表，在低溫狀態(tài)時(shí)易出現(xiàn)誤報(bào)警等問題。拉拉山電站在電氣屏柜內(nèi)設(shè)置有加熱器（功率150 W），利用溫度控制器控制，在溫度低于5 ℃啟動(dòng)、高于10 ℃停止，以提高電氣屏柜溫度。

2.3 附屬設(shè)備防凍措施

柴油發(fā)電機(jī)是水電站“黑啟動(dòng)”的關(guān)鍵設(shè)備，是最后一道生命線的保證。當(dāng)氣溫過低時(shí)會(huì)造成柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)困難。拉拉山電站在柴油發(fā)電機(jī)冷卻液循環(huán)管路上加裝有管式水套加熱器（功率1～4 kW 可調(diào)）加熱其冷卻液。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)處于備用狀態(tài)時(shí)，利用加熱器自帶溫度控制器自動(dòng)檢測(cè)冷卻液溫度，當(dāng)溫度低于20 ℃時(shí)自動(dòng)通電加熱，當(dāng)溫度升高到30 ℃時(shí)停止加熱，以保證冷卻液溫度。通過加熱冷卻液，利用冷卻液溫差循環(huán)進(jìn)而加熱整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)。

2.4 管道防凍措施

高原寒冷地區(qū)水電站防凍的重點(diǎn)在于水管路，特別是對(duì)于管路中液體流速慢或處于靜止?fàn)顟B(tài)的管路要全部采取防凍措施，如消防管路、滲漏排水管路、檢修排水管路，測(cè)壓管路等。

拉拉山電站管路防凍采用粘貼絕熱材料的方式，其絕熱結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外分為防腐層、保溫層、防潮層、保護(hù)層：①防腐層材料用鐵銹漆及醇酸磁漆；②保溫層材料必須選用熱導(dǎo)率≤0.044 W/（m·K）、密度≤60 kg/m3、吸水率≤4%且能阻燃的材料，推薦使用聚苯乙烯熱固性泡沫塑料，該材料具有優(yōu)異持久的保溫隔熱性能、防老化、防水性能；③保護(hù)層材料為鍍鋅鋼板。

埋地管路的閥門位于閥門井內(nèi)，同樣暴露在空氣中也要采取防凍措施。因閥門外形不規(guī)則且旁邊多儀表，拉拉山電站采用對(duì)閥門井蓋板設(shè)置保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行防凍，其保溫結(jié)構(gòu)與管路一致。

3 管理措施

設(shè)備采取防凍技術(shù)措施后還應(yīng)采取相應(yīng)的管理措施：①加強(qiáng)設(shè)備的定期試驗(yàn)和輪換，可避免單一設(shè)備因長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)造成內(nèi)液凝結(jié)；②加強(qiáng)設(shè)備巡視，發(fā)現(xiàn)設(shè)備有低溫、壓力高等報(bào)警時(shí)，及時(shí)排查原因，可避免事故擴(kuò)大；③加強(qiáng)廠內(nèi)廠外溫度監(jiān)測(cè)，當(dāng)廠內(nèi)溫度低于4 ℃前及時(shí)采取防凍措施，可將事故遏制在萌芽狀態(tài)。管理措施和技術(shù)措施要相輔相成，其最終目的都是保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

拉拉山電站采取這些防凍措施后，能夠有效降低空氣濕度（5%～10%RH）、提高整體溫度（3～10 ℃），設(shè)備防凍問題得到了較為徹底的解決，未再出現(xiàn)防凍措施不足引起的設(shè)備故障。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著西藏地區(qū)水電站的不斷開發(fā)，高海拔寒冷地區(qū)水電站防凍問題必將日益突出，應(yīng)引起充分重視。水電站的防凍措施應(yīng)貫穿設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)全過程，通過加強(qiáng)水電工程全壽命周期的管理，才能從根本上保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)然，除文中所述措施外還有很多切實(shí)可行的措施，作為電站的管理者要根據(jù)實(shí)際情況因地制宜地選擇，采取簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠的措施，確保電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。