水庫電站技術供水系統
上海申弘閥門有限公司
之前介紹在線調節減壓閥，現在介紹水庫電站技術供水系統在對水庫電站技術供水系統分析的基礎上，可以從開發到利用，形成一種有規律的發展模式。具體到：設計采用了頂蓋取水技術供水系統實踐表明，頂蓋取水在該電站中應用不僅能改善水質，而且水量、水壓均能滿足運行要求，供水系統的運行可靠性得以提高，并節省了廠用電，具有較好的經濟效益
關鍵詞：水電站；供水系統；水輪機；東留水庫
Abstract: the technical water supply system of hydropower station based on the analysis, from the development to use, form a regular pattern of development. Specific to: design using the technique of taking water from head cover water supply system practice shows, taking water from head cover in the power plant application not only can improve water quality, and water, water can meet the operation requirements, water supply system operation reliability can be improved, and save the plant electricity, has good economic benefit
Key words: hydropower station; water supply system; hydraulic turbine; East remain reservoir
在河道水能開發規劃中，為充分利用水能，常規劃為梯級開發。而梯級開發是由水庫電站與徑流式電站組成，水庫電站往往稱為水庫電站，水庫電站的水庫對河道水流進行季調節或年調節，使河道水流較為均勻地下泄，使下游徑流式電站受益。近幾年在水電建設中常有對水庫電站工程單獨進行經濟評價時，出現投資大、效益差、經濟評價難以成立或不能成立的情況。本文就其主要原因及其對策進行分析，并通過水庫電站工程經濟評價實例加以說明。
0 主要原因分析及對策探討
近幾年出現水庫電站工程單獨進行經濟評價時難以成立或不能成立的情況，其原因是多方面的。下面通過對國家宏觀調控政策、當前物價水平、河道水能梯級開發規劃等條件，以下從水庫電站工程具體的分析。
1 頂蓋取水的技術供水分析
頂蓋取水是利用轉輪密封漏水作為機組技術供水的供水方式，在水電站運行中，從水輪機轉輪上迷宮環漏到頂蓋中的水一般經轉輪泄水錐排到尾水管，這部分水不經過轉輪葉片做功，是水輪機容積損失的一部分福建省曾在幾座工程中應用了水輪機頂蓋取水技術取得了成功，但其水頭基本都在200米以上，在200米以內水頭段應用極少實踐證明，這種供水方式水源可靠，水量充足，迷宮間隙對漏水起到了良好的減壓和過濾作用，水質比常規濾水器過濾清潔（迷宮間隙約1mm，一般濾水器網孔直徑5mm），水壓相對穩定，可在轉輪某一半徑頂蓋取水口處獲得所需的水壓，對機組的正常運行未發現有不良影響這種取水運行方式節省廠用電，操作簡單，能隨機組啟、停而自動投，頂蓋取水口一般設置2個，水量隨機組出力增加而增加，均能滿足甚至超過機組各種運行工況所需冷卻水量基于頂蓋取水*的優勢，經過對水輪機轉輪梳齒迷宮間隙的分析，結合對以往電站頂蓋取水水壓、水量的系統分析，本電站雖然水頭較低，但水輪機轉輪相對較大，把頂蓋取水口置于靠近上冠邊緣，盡量遠離大軸中心，使引出的水受轉輪旋轉的離心力作用，產生較高的壓力，水壓能達到要求同時，通過增加取水口的數量，以便盡量增加水量，滿足機組冷卻用水的要求。
為確保技術供水水源的可靠，根據電站的水頭范圍，設計考慮下游尾水取水，采用水泵集中供水作為機組備用水源。由于水泵供水為備用水源，若增設備用泵會給廠房布置帶來困難，因此，僅設置兩臺工作泵泵出口與技術供水總管及頂蓋取水管聯接
2 技術供水系統圖的擬定
擬定技術供水系統見圖，圖中的穩壓池與廠房發電機層高差25m設置穩壓池有如下優點：水電站的技術供水系統由水輪發電機組軸承、發電機的冷卻水系統組成，該系統直接影響到機組運行的安全性及電站運行的經濟型；技術供水系統要根據水電站的基本技術參數及設備要求的技術供水參數進行詳細設計和論證，使設計方案要符合規范要求，使系統滿足機組在各種工況下的正常安全運行。
技術供水系統對象為發電機上導軸承油冷卻器、發電機空氣冷卻器、推力軸承油冷卻器、水輪機導軸承油冷卻器。水電站機組技術供水中的冷卻水對電站機組的安全運行有著至關重要的作用，冷卻水運行不正常，會造成機組溫度升高，報警、甚至停機事故。
松潘縣的燕云電站（H=120M，N=2×8MW）；鎮江關電站（H=102M，N=2×14MW）；紅土電站（H=188.5M，N=2×16MW）屬于中高水頭電站。根據《水力發電廠機電設計規范DL/T5186-2004》的
規定：
1、小水頭小于15m時，宜采用水泵供水方式。
2、凈水頭范圍為15m-70m時，宜采用自流供水方式。
3、凈水頭范圍為70m-120m時，宜采用自流減壓或其他供水方式。
4、凈水頭大于120m，選用供水方式時，應進行技術經濟比較。
5、當水電廠水頭變化范圍較大，采用單一供水方式不能滿足需要或不經濟時，可采用混合供水方式。
6、在布置條件允許且經濟合理時，可選用中間水池供水方式。
根據規定，燕云，鎮江關電站都宜選用自流減壓技術供水方式。紅土電站的水頭較高，可以考慮水泵供水，閉式循環供水，或是中間水池自流供水。下面可以就這幾種技術供水方式做一個比較：
1、水泵供水：水泵是動力機轉換為機械能，傳給并排出水體的機械。對于電站來說，水泵是大量消耗廠用電的主要設備之一，而動力機的運行效率是不斷下降的，勢必需要不斷投入大量的維護成本和工作人員的高強度勞動。
位于貴州的天生橋二級電站（H=220m，N=220WM×6）原技術供水系統設計為水泵加壓供水與自流減壓供水兩套系統互為備用。電站投運一段時間后發現，水泵隨機組開停機而不斷啟閉，經過一段時間運行后，一則容積損失加大，易進入
空氣，引起水泵運行故障；二則水泵葉輪經氣蝕后效率不斷下降，加上用電，運行維護成本高，水泵也容易損壞。電站方出于運行的穩定性和經濟型考慮，放棄水泵加壓供水，而啟用原本作為備用技術供水的自流減壓系統。
啟用自流減壓技術供水系統后，自1996年至今未發生一起因為該系統引發的安全事故，十余年來也未對減壓閥進行更換，極大地減輕了運行費用和工作人員的工作強度，類似情況也發生在四川紫坪鋪電站等多個電站。可見水泵的作為機械，效率隨運行時間的增加而低下的情況是一種普遍的客觀存在。
2、閉式循環取水：
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥閉式循環系統同樣是采用水泵加壓，不過采取的方式為自取水口取水后，由供水泵打至沉淀池，經沉淀池沉淀以后再分配給各臺機組的供水方式。該套系統由尾水冷卻器、循環水池及泵房、循環水泵及電器控制柜、供水總管、回水總管5部分組成。工作原理是在清水期將循環水池充滿清水，在渾水期利用循環水泵將池內清水打入冷卻器，經過冷卻后進入機組供水母管，分配至各臺機組冷卻系統使用，各臺機組冷卻后的回水匯入回水母管，返回循環水池，從而形成閉式循環技術供水。該方式大的優勢在于因為沒有從河面取水，而保證了進入機組的水源的清潔，不會因為水中雜質造成水泵及機組的損壞。大的弊端在于投入成本高昂，而且對原本緊湊的水電站廠房有更高的空間要求，需要根據機組用水量修建沉淀池，泵房，增加大量管道（參見對比圖1 閉式循環技術供水系統與圖2自流減壓技術供水系統），還需要布置遠程控制系統。而因為其冷卻水來源仍為水泵，水泵運行效率的不斷下降與廠用電的大量消耗仍無法避免。
3、自流減壓供水：自流減壓供水指的是當水電站水頭超過用水的規定水壓值時，在技術供水系統中裝設減壓裝置削減多余水頭的自流供水方式。根據《水力發電廠機電設計規范DL/T5186-2004》的規定，當水力發電站進口水頭在70-120米的范圍內，宜采用自流減壓供水及其他供水方式。當進口水頭大于120米時，應對技術供水方式進行經濟比較。當進口水頭壓差較大時可以采取混合技術供水方式供水。
自流減壓對于中高水頭的水電站來說是為經濟的技術供水方式。其系統由濾水器與減壓閥，安全泄壓閥組成，原理是從壓力鋼管或者蝸殼上直接取水，通過濾水器過濾后進入減壓閥，或者經過減壓后進入濾水器進行過濾，經過過濾的
a若由于上游水位變化引起頂蓋取水壓力的波動，可通過穩壓池進行壓力調節特別當頂蓋取水壓力過高時，通過穩壓池的減壓可避免發電機推力軸承負荷增大而引起瓦溫異常升高同時，機組負荷增大引起頂蓋取水流量大于機組所需用水量，水量增加部分亦可通過穩壓池進行調節
b技術供水泵的工作由穩壓池的液位信號器控制，可避免水泵直接向水用戶供水引起壓力、流量的波動特別是當發電機組未在額定工況運行時，水泵流量大于冷卻器所需水量，水泵運行在非*工況區，引起水泵組效率下降設置穩壓池，可改善水泵運行工況，降低廠用電的消耗
c若由于上游水庫水位降低到低工作水位引起頂蓋取水水量和水壓的不足，可通過啟動技術供水泵將尾水送至穩壓池，進行水量和水壓的補充
3 系統應用情況及供水效益分析
頂蓋取水供水系統自 年 月投入運行初期運行時，機組空載運行，測得頂蓋取水水壓為0.2MPa，帶上額定負荷時，其取水水量為以前的2倍，水量與機組負荷成正比，基本為線性關系取水水壓隨上游庫水位的增減而增減，與機組負荷關系不大各種運行工況，水質、水量、水壓均能滿足要求機組剛剛啟動時，存在短時水量和水壓滿足不了要求的情況，但仍能滿足啟動需要，因為在啟動初期，機組各軸承負荷及溫度都較低，機組從空載到帶上負荷歷時很短，冷卻用水能滿足要
求各種運行工況機組軸承溫度均低于45攝氏度。
水輪機頂蓋取水不僅水質干凈，運行可靠，其經濟效益也非常顯著在東留水庫電站中，每臺機組需供水量為180m3/h ，按常規采用尾水取水水泵供水作為主水源的供水方式，需設置3臺離心水泵，其中2臺為工作泵，1臺為備用泵，每臺水泵電動機功率為45kW這種供水方式，其供水可靠性相對較低容易出現因水泵組機械、電氣故障而引起的技術供水不正常，導致機組停機，減少發電量，而且水泵供水還存在水泵的維護、檢修、耗電等問題.年耗電10.8萬元采用頂蓋取水作為主水源的供水方式，不僅節省了電能，而且大大提高了供水的質量和可靠性
4 經濟評價
在中高水頭水電站中，采用頂蓋取水作為機組技術供水，不僅能降低廠用電的消耗，而且提高了技術供水的水質和可靠性，實現了供水、停水與開機、停機同步，并且節省了因泵房布置困難而帶來的土建投資增加，減少機電設備的一次性投資，簡化設備操作、維護工作量鑒于頂蓋取水*的優點，在充分論證的基礎上，對150m左右水頭段電站應積極推廣頂蓋取水技術.
1)確定合適的電價。財務電價可由電力部門或由建設單位調查提供，如果偏低，可向國家和主管部門提出采取優惠政策的建議，適當提高財務電價。經濟評價可采用現行的影子電價，如無現行的影子電價時，可參照財務電價確定。
2)盡可能降低大壩工程投資。水庫電站工程，大壩投資占到總投資的60％～70％，對經濟評價影響較大，所以對于壩型方案，應根據地形地質條件，優化壩型，在確保工程安全的前提下，大限度地降低大壩工程投資。
(3)計入下游電站增發電量。由于水庫電站工程較為均勻的調節了下游流量，從而在梯級開發段內，使下游徑流式電站發電量增加，所以水庫電站單獨進行經濟評價時，應計人這部分增加效益。與本產品相關論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應用
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