中小型水电站技术供水系统设计浅析

洪 梅

（运城市水利勘测设计研究院，山西 运城 044000）

水电站供水主要包括技术供水、消防供水和生活供水。中小型水电站常以技术供水为主，兼顾消防及生活用水，组成统一的供水系统。下面结合山西省已建成的水电站工程，论述中小型水电站的技术供水。

1 技术供水对象和基本要求

1.1 技术供水对象

水电站的用水设备随电站规模和机组型式而不同。中小型水电站主要有组轴承油冷器供水、水轮机导轴承的水润滑供水、发电机空气冷却器供水、水冷式空压机供水、油压装置的冷却供水等。如汾河二库水电站为小型电站，装有3台单机容量3200kW的立式机组，机组设有轴承油冷却供水、水轮机导轴承水润滑供水、发电机空气冷却器供水；张峰水库川坡电站为小型电站，共装机3台，为卧式机组，1台容量为3200kW，其余2台容量均为1500kW，机组只设有轴承油冷却器供水。

1.2 基本要求

用水设备所需的水量由制造厂提供，在初步设计时可参考类似的电站机组或用经验公式、曲线图表等进行估算。供给用水设备的水必须保持一定的压力，压力过低时不能维持要求的流量，压力过高时可能使用水设备损坏。中小型水电站机组的技术供水水压一般为0.1～0.2MPa。

结合具体情况，各种冷却器入口水温按25℃作为设计标准，水温常年低于25℃，可根据计算折减供水量。冷却水温度不宜太低，一般要求进口水温不低于4℃，进出口水温差维持在2～4℃。同时，技术供水中不允许含有漂浮物，一般要求冷却水泥沙含量不大于5kg/m3，泥沙粒径不大于0.1mm，润滑水泥沙含量不大于0.1kg/m3，泥沙粒径不大于0.025mm；技术供水力求不含有油污等有机物；技术供水要求用软水，水的暂时硬度不超过8°～12°，pH值为7～8。由于山西有部分河流泥沙含量偏高，因此技术供水一般需专门设置水塔或高位水池来储蓄清水。

2 技术供水净化处理

2.1 技术供水的净化

对水中所含漂浮物、悬浮物、泥沙等机械杂质的清除称为水的净化，主要方法包括使用拦污栅、滤水器等设备清除水中的漂浮、悬浮物和使用沉沙池、水力旋流器等工程手段或设备清除水中的泥沙。

2.2 水生物的防治

水生物的防治常采用以下方法：一是向技术供水中投放毒药毒杀，但须注意防止对下游河道的污染；二是提高管内流速和水温，阻止水生物生长。山西地处北方，受水生物影响较小，设计时不专门考虑。

3 技术供水水源及供水方式

3.1 技术供水的水源

技术供水水源不仅要满足用水设备对水的基本要求，还要使整个系统运行维护简单，技术经济合理。一般情况下，均采用电站所在河流作为技术供水水源。如汾河二库水电站，取水口设置在2号和3号水轮机进水阀前的压力钢管上，河流水经过水库沉淀和滤水器过滤后，能够满足机组的技术供水要求。只有当河水不能满足需要时，才考虑其他水源。为了保证供水可靠，还需设置不同形式的备用水源。

从上游取水可以利用水电站的自然落差，不需要或减少了提水费用，是设计中优先考虑的水源类型。按取水口布置的位置可分为蜗壳取水、压力引水管取水和坝前取水。

当上游取水不能满足水压要求或能源利用不合理时，常用水泵从下游尾水抽水，再送至各用水设备。该取水方式每台水泵需有单独的取水口，布置灵活，管道较短，但其可靠性差，设备投资运行费用增加。

当河水不能满足水质要求时，可采用地下水作为供水水源。但需在电站勘测时确定有否可供利用的地下水源，地下水源一般水质较好，特别适用于水轮机导轴承的润滑。该取水方式应设置足够大的水池。水池上下部分别设置溢流和排污通道，水位应实现自动控制，防止水池缺水。

3.2 供水方式

3.2.1 自流供水

水头为20～80m的水电站，当水质、水温均符合要求或水质经简单净化能满足要求时，一般采用从上游取水的自留供水方式。这种方式供水可靠，设备简单，运行维护方便，是设计、运行理想的供水方式。当电站水头高于50m时，必须设置减压措施，保证设备安全。山西省近几年设计运行的水电站大多采用此方式供水，如张峰水库川坡电站、柏叶口水库电站等。

3.2.2 水泵供水

水头高于80m或水头低于12m的电站多采用水泵供水方式，可保证所要求的水量和水压。高水头电站一般从下游抽水，低水头电站可根据实际情况考虑，既可从下游抽水，也可从上游抽水。从上游抽水时，可减少水泵扬程，运行经济。这种供水方式布置灵活，可设置单台机组的独立供水系统，便于机组自动控制。但供水可靠性差，当失去电源时供水会中断，设备投资大，运行费用高。

3.2.3 混合供水

混合供水是既有自流供水又有水泵供水的供水方式。水头为12～20m的电站，单一供水不能满足要求，需要采用混合供水。主要有自流供水与水泵供水交替使用的系统、自流与水泵按用户同时供水的系统及水塔供水系统，用水泵抽水至水塔，再由水塔自流供水的系统。汾河二库水电站采用的是自流供水和水泵供水交替使用的系统，由于汾河二库库水位变幅大，故采用此种形式，近年来由于水库水量充沛，技术供水泵几乎没有开启过。

3.2.4 射流泵供水

水电站水头为80～160m时，可采用射流泵供水。利用上游水库的高压水来抽吸下游的尾水，混合成一股压力居中的液流给机组供水。射流泵设备简单，不需要外加电源，运行可靠。

3.2.5 水轮机顶盖供水

中、高水头电站可从水轮机顶盖取水，利用转轮密封漏水作为机组技术供水，其水源可靠，水量充足，可保证水质清洁、水压稳定；操作控制简单，能随机组的启停自动投入和切除水源；能随机组出力的增减自动加大、减小供水量；节省能量。

3.3 设备配置方式

3.3.1 集中供水

全站所有用水设备均由一个或几个共用的取水设备取水，再经共用的干管供给各用水设备。该配置便于集中布置，运行维护方便，适用于中、小型水电站。山西水电站一般都属于小型，大多采用集中供水。

3.3.2 单元供水

全站没有共用的供水设备和管道，每台机组自设取水口、设备和管道，自成体系，独立运行。这种配置适用于大型机组。其优点是机组间互不干扰，容易实现自动化，便于运行与维护。

3.3.3 分组供水

当电站的机组台数较多时，采用集中供水，管道太长造成供水不均；采用单元供水，设备数量太多。此时可将机组分成若干组，每组构成一个完整的供水系统。其特点是既减少了设备，又便于运行。

4 技术供水系统设计

4.1 技术供水系统图设计

设计技术供水系统主要根据电站实况，选定水源、供水方式、选择设备、拟制技术供水系统、校核供水参数、确定技术供水系统图等。技术供水系统图由水源、管道系统、量测控制元件及用水对象等组成。在初设阶段选定水源、供水方式和供水设备后，拟定技术供水系统图。在施工设计时，根据设备用水资料，核定供水设备容量，并修订系统图。

4.2 技术供水系统的布置

供水系统布置属于辅助设备的布置内容，通常是在电站枢纽布置、厂房机电设备布置后进行。在布置辅助设备时，必须遵循布置紧凑、位置合理，在安装、检修、运行、维护等方面，应满足安全、可靠、灵活、方便的要求，适当考虑整齐美观。

5 结语

合理的水电站技术供水系统设计不仅能保证机组安全运行，还可延长机组的使用寿命，减小设备能耗和损耗，同时可节能减排，具有显著的经济效益。