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1、 泽普亚斯墩水电站技术供水系统改造 可行性研究报告 作者：赵学平 摘要：泽普亚斯墩水电站技术供水系统，原设计冷却供水系统取水口设在厂房内压力管末端，三个取水口互为备用、冷却水由取水总管经两组滤水器过滤后由供水总管向各机组冷却器供水、冷却器排出的水由排水总管排入尾水。由于叶尔羌河为泥砂河流，数年平均含砂量3.8kg/m3，全年输砂重要集中在夏季6、7、8三个月洪水期，其余月份含砂量是占全年含砂量的20%左右。由于技术供水从压力管内取水，上游来水含砂量较大，导致冷却供排水系统管道、阀门、冷却器等设施受到严重磨损，严重影响着该电站正常运营。为此作者提出了三个改造方案解决泽普亚斯墩水电站技术供水系统磨
2、损问题。 关键词：水电站 技术供水 泥砂 磨损 一、基础概况 泽普亚斯墩水电站位于泽普亚斯墩乡境内，装机容量34000kw、设计水头33.5m、电站设计引用流量45m3/s,於1995年投产发电、压力管进水口采用虹吸式进口，是目前新疆境内采用虹吸进水口装机容量最大的水电站，在全国也是名列前矛。 泽普亚斯墩水电站是从卡群渠首引水发电、发电后水泄入泽普水电站引水口前，重要建筑物由：引水渠、前池、压力管、发电厂房、尾水渠、泄水道、日调节池所组成，由于在建设期资金局限性等因素，日调节池未能建成投入。 泽普亚斯墩水电站技术供水系统，原设计冷却供水系统取水口设在厂房内压力管末端，三个取水口互为备用、冷却水
3、由取水总管经两组滤水器过滤后由供水总管向各机组冷却器供水、冷却器排出的水由排水总管排入尾水。由于叶尔羌河为泥砂河流，数年平均含砂量3.8kg/m3，全年疏砂重要集中在夏季6、7、8三个月洪水期，其余月份含砂量是占全年含砂量的20%左右。由于技术供水从压力管内取水，上游来水含砂量较大，导致冷却供排水系统管道、阀门、冷却器等设施受到严重磨损，严重影响着该电站正常运营。 二、技术供水改造方案选择 根据泽普亚斯墩水电站技术供水系统存在的问题，消除此项安全隐患，参照国内其它电站做法，建议该电站冷却供水系统做以下改造。 方案一：采用日调节池为供水水源：恢复日调池，泽普亚斯墩水电站日调节池设在前池上游侧，是
4、运用引水渠做为挡水坝，日调节池进出口设在前池上游侧墙上。本次改造是将日调节池进水口改设在引水渠最后一个转弯处，在此处设截止闸和日调节池进水闸，在前池处的闸口只做为日调节池出水口。秋、春季节运用调节池调节水量时，打开日调节池进出口水闸、调节发电用水量减少弃水、充足运用上游来水，冬季将日调节池水位固定在规定设计水位，日调节池冬季形成冰盖，上游来水含冰量较高，在地温的作用下冰溶解、减少冰害、增长发电水量。夏季洪水来后关闭日调节池进出口闸，运用闸口的渗漏水向日调节池提供补充水量。由此厂房技术供水全年从日调节池提取，保证技术供水含砂量降到最低限度，减少泥砂对供水系统的磨损。采用日调节池做为供水水源，只需
5、从日调节池引一条引水管与厂房水轮机层供水总管联接便可，此方案水量、水压保证，同时解决电站冰害问题，增长枯水期发电量、减少弃水、提高电站的经济效益，问题是投资较大。 方案二：采用密闭自循环冷却系统：此种冷却系统的做法就是在冷却排水总管末端加设加压水泵与设在厂房下游尾水渠内的冷却管网联接，管内的清水与尾水渠内的水经管壁进行热互换后水温减少，经回水总管流入厂房内的技术供水总管，向机组提供冷却用水，冷却用水经机组冷却系统回到排水总管，这样就形成了自循环系统。此种冷却系统无需大量冷却用水，只需少量补给水，由于在冷却管网内的循环水是清水，故对冷却系统的设备无磨损，故可保证冷却系统的安全。为了保证管网内压力
6、保持在设计压力设在技术排水管末端的加压水泵由变频控制拒控制。当一台机启动时，变频控制器自动合闸，第一台加压泵处可变频状态下运营，水泵出口压力由设在冷却管网的进口端上的压力信号器发出信号，向变频器提供压力信号，变频控制器根据设定的参数调整水泵电动机的电压频率，改变电动机的转速。当水泵转速达成额定转速时，第一台变频器进入工频状态，第二台水泵进入变频状态。此变频控制系统由三台水泵和三台变频装置控制，从而保证冷却系统内的水压力在设计压力条件下运营。此运营冷却系统具有管网压力在设计压力条件下运营，运营冷却系统具有管网压力为额定压力，无需大量冷却用水，同时保证冷却系统正常运营，其缺陷是增长了厂用电量。 方
7、案三：外循环冷却系统：此系统是将排水总管排出的水排入设在发电厂房下游侧墙外的钢筋混凝土蓄水池内，冷却用水经自然冷却后，由设在厂房下游水泵房的水泵压力后输入技术供水总管，向机组提供冷却用水。该冷却供水系统加压部分与第二方案相同，采用变频控制，以保证供水总管内的水压力。所不同之处是将第二方案中冷却管网改为蓄水池，采用自然冷却方式，为保证冷却水供水温度，蓄水池容积是厂内三台机组冷却水用量总合的一小时地用水量。此方案缺陷是厂用电量比第二方案用电量大，蓄水池体积较大，用材量较大，再有夏季高温季节气温较高，为保证供水水温保证率，将尾水渠右岸泉水引入冷却池内，从而保证冷却池内水温处在设计水温。冬季如用此系统
8、，为防止蓄水池结冰还得盖板保温。 以上介绍三种方案各有优缺陷。第一方案投资量大、施工周期长，但可提高枯水期的发电量，解决电站冬季冰冻问题，提供大量的生产用水和生活用水。第二方案和第三方案与第一方案针对冷却系统来讲，来的快投资少，具有立杆见影的效果。第二方案与第三方案比较，第二方案是采用汽车密封自循环冷却方式，冷却互换器设在尾水渠内，运用钢管壁与尾水渠内水进行热互换。由于尾水渠内的水含砂量较大，对热互换器产生磨蚀，泥附着在热互换器外壁，导致热互换能力减少，热互换器管内的冷却水不能保证降温效果。第三方案采用自然冷却方式，并引入泉水进行降温，从而保证技术供水的温度。 根据以上分析比较可以看出，在目前
9、电站条件下，恢复日调节池是不也许，最重要的问题是投资量大，电站目前的经济能力还无法达成，只有等资金有保证后，方可采用第一方案。第三方案相对第二方案冷却水引入泉水后保证率比较高，操作检修方便，并且在其它电站已有成功经验。故本电站技术供水冷却系统采用外循环自冷却方式。泽普亚斯墩水电站三个方案技术给排水系统图见附图。 三、技术供水量计算 根据泽普亚斯墩水电站HLA286-LJ-150,SF-K-4000-20/3250型水轮发电机组随机图纸提供的参数，得知一台机的用水量： 发电机空气冷却器用水量： 80m3/h 上机架推力及导轴承冷却用水量： 40m3/h 水导轴承冷却用水量： 170L/min 合
10、计一台水轮发电机组冷却用水量： 130.2m3/h 则三台水轮发电机组冷却用水量： 390.6m3/h 为保证泽普亚斯墩水电站技术供水系统改造能顺利开展，我们到泽普亚斯墩水电站进行了现场调查，该电站原设计冷却水从每台压力管末端设取水口，经取水总管与两组（4只）滤水器相连，两组滤水器互为备用，经滤水器过滤后向设在厂房下游技术供水总管供水，由技术供水总管向各机组技术供水管供水。冷却器的排水经排水总管排入下游，水导排出的水排入厂内集水廊道。经现场调查，该电站技术给排水总管直径均为Dg=150mm，根据小型水电站机电设计手册规定当水头H=1560m时，技术供水管内流速V=27m/s，该电站水头为33.
11、5m,当取V=6m/s时，得技术供排水总管内流量： Q总=（60.1523.143600）/4 =381.51m3/h 则单机流量： Q单=381.51/3=127.17m3/h 根据小型水电站机电设计手册给的经验公式计算机组冷却用水量： 1、发电机空气冷却器用水量： Q空=860Nf(1-yf)/(t2-t1)(升/时） 式中：Nf=4000kw Yf=95.3% C 大卡/公斤.度 t1=19(实测值） t2=17(实测值） Q空=8604000(1-0.953)/(19-17)(升/时） =80.84m3/h 2、推力轴承所需冷却水量： Q推=pn=63300=18.9m3/h 3、上导
12、轴承用水量： Q上=0.2Q推=0.218.9=3.78m3/h 4、水导轴承用水量： Q水=0.2Q推=0.218.9=3.78m3/h 5、单机冷却用水量： Q单=80.84+18.9+3.78+3.78=107.3m3/h 6、三台机冷却用水量： Q总=107.33=321.9m3/h 根据以上按运营中技术供水总管管径计算和按经验公式计算，说明厂家提供的用水量是对的，与实际运营情况相符，故该电站技术供水总量为： Q总=390.6m3/h Q单=130.2m3/h 但应当注意的问题是以上供水量按水温为25计算得来的。根据2023年8月13日现场实测，上游来水水温为17，小于计算水温，本应折
13、减，但考虑本次改造采用自然冷却方式。水温也许有所提高，故按厂家提供的水量计算。 四、水泵台数、流量、扬程拟定 泽普亚斯墩水电站为迳流式水电站，装机容量为N装=12023kw，装机台数为Z=3台，电站所处在河流为溶雪型河流，季节性很强，夏季水量较大，占全年来水量的64%。电站所在电网以生活用水为主，故机组开停机较为频繁。为保证技术供水的流量和水压力，考虑单机单泵的配备形式，即一台水泵供一台水轮发电机组的冷却用水，布置形式为联合供水方式。由于电站运营为连续运营方式，为保证电站技术供水的可靠性，拟定电站安装四台加压泵，三台工作一台备用。 当水泵台数拟定后，一台水泵供一台水轮发电机冷却用水，根据加压泵
14、选择原则，单泵容量为供水对象的1.2倍，则单台水泵供水量： Q泵=1.2Q单=1.2130.2=156.24m3/h 水泵扬程拟定： 流电站设计水头为33.5m，实测空气冷却器进口压力为1.6kg/cm2,管内水头实测损失为h=17.5m,此时实测进水温度为17，出口冷却水温为19。轴承油温为46，根据规范规定，冷却器进口水压为P=23kg/cm2。取冷却器进口压力为P=2kg/cm2，管道水头损失为h=17.5m，考虑2.5m的运营水头欲量，则水泵扬程为： H=20+17.5+2.5=40m 五、水泵型号选择 已知单台水泵流量=156.24m3/h，扬程H=40m,安装台数Z=4台（一台备用
15、三台工作）。根据用户规定水泵结构简朴，便于维修占地小，使於操作的规定，查产品样本，选择单级立式管道式且离心水泵，其基本参数： 名称：单级单吸立式管道式离心泵 型号：DFG150400B/4/30型 流量：Q=166m3/h 扬程：H=39.5m 转速：n=1450r/mn 电机动率：W=30kw 效率：n=70% 气蚀余量：4.5m 外形尺寸：头宽高=8405531083 参考生产商：上海东方泵业（集团）有限责任公司 六、水泵运营方式选择 泽普亚斯墩水电站为径流式水电站，总装机容量12023kw，装机台数为3台，设计引用流量45m3/s，设计水头33.5m。本次对技术供水系统进行改造，由原设计
16、自流供水方式改为开敞自冷却循环式供水方式。其方式是水轮发电机组的上导，空冷、水导冷却排水均排入技术排水总管内，在技术排水总管靠1#机下游侧引入设在尾水渠旁的冷却水池内，冷却池为钢筋混凝结构，其容量为三台水轮发电机组1个小时的用水量Q=390.6m3/h。取冷却池容积为400m3,技术排水总管排出的水经水池冷却后由设在靠尾水工作桥一侧的水泵(三台工作一台备用）加压后输入技术供水总管，再向三台水轮发电机组提供冷却用水。这样形成了自循环冷却方式。 为了保证钢筋混凝土冷却池内的水能迅速减少。一是将冷却池做成开敞式，便于热量散发，二是水池修成地埋式，运用尾水渠中的水对冷却池壁进行冷却，以加快冷却效果。为保证冷却池中的水温减少到设计水温（151
