水电站技术供水系统运行风险及控制措施分析

刘春雷

(辽宁观音阁水力发电有限责任公司，辽宁 本溪 117100)



水电站技术供水系统运行风险及控制措施分析

刘春雷

(辽宁观音阁水力发电有限责任公司，辽宁 本溪 117100)

摘要：水电站的供水包括技术供水、消防供水和生活供水。其中，技术供水又被称为生产供水，其主要任务是向水电站的各类运行设备供应冷却用水。除此之外，技术供水还具有润滑和水压操作等辅助功能。技术供水系统是水电站重要的辅助系统之一，但在实际运行的过程中，系统仍存在若干运行风险，必须采取切实有效的措施加以控制和解决，以此为水电站长期处于稳定运行状态提供更多保障。文章在介绍技术供水系统基本概念的基础上，对某水电站技术供水系统的组成和配置进行了分析，并结合工作实践经验，对技术供水系统的运行风险及控制措施进行讨论。

关键词：水电站；技术供水系统；运行风险；控制措施

0引言

水电站的供水包括技术供水、消防供水和生活供水。其中，技术供水又被称为生产供水，供水对象是水电站各类机电运行设备，如水轮机导轴承冷却和润滑、发电机空气冷却器、水冷式空气压缩机、发电机推力轴承和导轴承、水冷式变压器冷却器等。简而言之，向水电站的各类运行设备供应冷却用水是技术供水的主要任务。除此之外，技术供水还具有润滑和水压操作等辅助功能。

技术供水系统是水电站重要的辅助系统之一，但在实际运行过程中，系统仍存在若干运行风险，必须采取切实有效的措施加以控制和解决，以此为水电站长期处于稳定运行状态提供更多保障[1]。

1技术供水系统的构成、配置及控制

主要包括3个方面的内容：

1.1　系统构成

某水电站机组、主变技术供水系统采用了相同的结构设计，配有加压离心泵、泵空阀、自动排污滤水器(以上设备均为2台)、四通换向阀(1台)以及各类测控元件、管路和阀门。

其中，加压离心泵和自动排污滤水器采用的是双支路并联设计，这种配置方法可以使一台处于工作状态，另外一台处于备用状态，一旦发生故障，备用设备可立即投入使用，避免对整个系统的正常运行产生影响。

技术供水系统以尾水作为水源，每台机设取水口两个，机组和主变技术供水系统的取水口、排水口均采用分开设置的方法，其中，取水口分别设置于尾水管扩散段340.0 m高层、连接段337.0 m高层；排水口分别设置于尾水管336.0 m高层、尾调室394.0 m高层。采用单机单元加压的供水方式，每3台机供水总管联通，互为备用。

在供水对象方面，主变技术供水系统仅向主变油冷却器供水，而机组技术供水系统的供水对象则相对较多，主要包括：

1)水轮机导轴承油冷却器。

2)发电机空冷器。

3)发电机上导轴承油冷却器。

4)发电机推力下导组合轴承油冷却器。

1.2　电源配置

1.2.1机组技术供水控制系统

动力柜3面、联制柜1面、滤水器、泵控阀现地控制箱各2个，以上设备均于机组技术供水室内布置。

1.2.2主变技术供水控制系统

动力柜2面、联制柜1面、滤水器现地控制箱2个机组以及主变技术供水控制系统为离心泵动力柜均以机组自用电作为电源，离心泵的自控电源则采用动力柜进线电源C相电源。

机组技术供水水泵、滤水器进出口电动阀的自控电源均为相应的水泵电源，冷却排水电动阀、四通换向阀均以1号动力柜电源作为自身的控制电源。

机组以及主变技术供水系统联合控制柜的自控电源采用由开关电源装置PS1、2供给的DC 24 V，PS1、2分别由AC 220 V、DC 220 V供电。技术供水滤水器的电源采用机组自用电。

1.3　系统控制

借助联控柜PLC和机组LCU，可完成对机组以及主变技术供水系统的控制，其中，联控柜PLC的构成部分主要包括：CPU与通讯模块、开关与模拟量信号的输入和输出、触控屏幕等。

1.3.1控制流程

整个控制流程可概括为：监控系统发出脉冲指令→机组LCU接收脉冲指令并进行相应处理→发送信号至机组与主变联控柜PLC→指示技术供水系统进行相应动作。

在有需要的时候，机组LCU也可越过联控柜PLC对水泵进行直接控制。另外，若增设电压互感器，则当其检测到主变带电时，就会发出相应的控制信号启动主变技术供水，主变技术供水系统可借此实现自动控制。

2技术供水系统的运行风险与控制

主要包括6个方面的内容：

2.1　初期电源设计问题

2.1.1状况

在该水电站引进技术供水系统后的试运行阶段，工作人员发现在启动机组LCU远程控制系统或是进行400V厂用电倒换操作时(以上操作均涉及技术供水泵控制回路的交流电源开闭)，均有一定几率引发联制柜进线电源接触器KM1、KM2出现短时同时吸合的现象。一旦发生该问题，冲击电流峰值会迅速提升至40A，随后，1、2号技术供水泵的控制电源FU1以及联控柜进线电源开关QA1、2跳开，系统同时发出“软启动器故障”的警报。

2.1.2措施

在对问题的发生过程进行仔细分析的基础上，工作人员采取了将联制柜内进线电源接触器KM1的辅助常闭接点串入KM2线圈A2端、将KM2的辅助常闭接点串入KM1线圈A2端的做法，以此达到互锁目的。实践结果表明，上述问题再未出现，技术供水系统的电源切换回路得到进一步优化，为电源切换时的可靠供电提供了有效保障[2]。

2.2　水泵电机、软起动器温度高

试运行结束后，技术供水系统正式投入运营，但一段时间后工作人员发现，受技术供水泵电机效率较低的影响，绕组经常处于过热状态，并进一步引起了电机轴承、电机外壳温度过高的问题，实测结果显示，电机外壳温度最高达到了99℃的水平。针对这一问题，工作人员采取了更换技术供水泵的做法，运行结果显示，技术供水泵的轴承及外壳温度降至70 ℃以下[3]。

除电机轴承和外壳存在高温问题外，技术供水泵动力柜内的软起动器也经常处于60 ℃以上的高温运行状态。该水电站技术供水系统采用的软启动器型号为ATS48C66Q，通过查询生产商提供的使用说明书可知，在负载为额定电流且无旁路的状态下，软启动器耗散功率应为1958 W。但是在实际运行的过程中，工作人员发现受软启动器高温运行的影响，供水泵动力柜柜门以及动力铜排的分度分别达到了60 ℃和90 ℃。

为了解决高温问题，技术人员采取了以下做法：将动力柜顶部原有的Φ120散热风机更换为Φ160散热风机，柜门下部开口并设置百叶窗，同时，对原有的软启动器进行更换，使之具备内置旁路。运行结果显示，通过此项改造，动力铜排温度可降低40 ℃，降温效果显著。

2.3　泵控阀控制管路破裂

2.3.1原因

在技术供水系统中，泵控阀设置在离心泵出口位置，具有使水泵轻载启动、避免停泵水锤的作用。该水电站技术供水系统投运后不久，泵控阀控制管路就出现了多次破裂漏水问题，分析结果显示，造成这一问题的原因主要有3个方面：

1)泵控阀管路设计存在缺陷，在运行过程中，进水管最前端的接头需承受上腔进水管路及部件的大部分重量，极易导致接头断裂。

2)供水干管在运行过程中存在振动现象，在交变应力的长期作用下，控制管路及部件容易发生疲劳破坏。

3)安装人员未按照规范要求进行操作，在安装结束时，部分管路和部件就已经发生破损。

2.3.2措施

针对问题的发生原因，工作人员采取了以下解决措施：

1)改进原有的上腔进水管路设计，使进水管前端接头承受的重力大幅降低。

2)增设管路支架至泵控阀进出口以及离心泵出口，以此减少管路振动，降低因振动而产生的应力。

3)对安装操作作出严格要求，严禁出现人为损坏问题。

2.4　机组自用电的影响

根据原有设计，机组自用电的两段母线同时带动机组、主变技术供水泵各1台，即母线处于分段运行的状态。针对这一情况，工作人员提出分开供电的建议，即在正常运行的状态下，机组、主变技术供水泵分别由两段母线供电，这种做法一方面可以对负荷运行方式进行优化，避免一段母线所带符合过高的问题，另一方面也可消除因某一段母线故障而导致机组、主变技术供水泵停运的可能性，将事故发生后的影响范围压缩到最低[4]。

除此之外，工作人员还发现，机组自用电备自投在厂用电倒换操作时将发生动作，进而导致某段母线短时间失电的问题，若该母线此时正在带动水泵运作，则该水泵也将失电停运。为此，工作人员提出在厂用电倒换操作前应先对技术供水泵进行倒换操作的建议。

2.5　无法满足自动开机条件

2.5.1无法自动开机的原因

根据技术供水系统原有的设计，主变冷却器控制系统会以主变负荷电流或油温作为判定依据来决定启停冷却器组数。在实际运行的过程中，工作人员发现在主变倒挂时经常出现只开启1组冷却器的情况，受此影响，总管流量无法满足280 m3/h的最低要求，自动开机功能也因此无法得到实现。一旦发生该问题，技术人员就必须通过手动开启另一组冷却器的方式来完成“自动开机”。

2.5.2技术措施

针对这一问题，工作人员将主变控制系统改为主变倒挂运行，同时针对性的选择了主变技术供水系统控制策略，即在发变组并网运行的状态下，主变技术供水总管流量低限保持原有的280 m3/h；在主变倒挂运行的状态下，重新整定主变技术供水总管流量低限。

2.6　供水中断

2.6.1供水中断的原因

技术供水泵的正常运行是技术供水系统完成对各负荷供水任务的基础和前提，虽然该水电站配备了两台技术供水泵以备不时之需，但仍有两台设备同时发生故障的可能性。一旦出现这种情况，机组各负荷所需冷却水就无法及时供给，极大的增加了机组被迫停运的风险。

2.6.2措施

针对这一情况，工作人员提出了机组及主变技术供水均采用以3台机组作为一个单元的设计方法，为满足紧急情况下的供水要求，3台机组间设有电动联通阀。不过，在发生故障的情况下，单台技术供水泵是否能够完成向两台机组供应冷却水的任务还有待研究。虽然有这样的顾虑，但主变技术供水系统还拥有消防用水这个备用水源，在主变倒挂运行时，也可在无冷却水的状态下短时间正常运行，这些都为恢复主变技术供水的正常运行提供了时间。

3结语

在技术供水系统投运一年以来，运行人员在全面了解系统组成、原理及工作模式的基础上，对实际工作中发现的问题进行了全面分析和针对性处理，实践结果显示，通过以上优化和改进措施，技术供水系统的运行风险得到了有效控制，水电站的安全稳定运行也因此得到了有效保障。

参考文献：

[1]林福君.水电站供水系统设计与施工[J].吉林水利，2013(12)：73-75.

[2]黄迎凤.浅析水电站技术供水系统存在的问题及改进方法[J].科技致富向导，2015(02):98-98.

[3]马贵、谢明、周显壤.向家坝右岸电站技术供水系统运行方式研究[J].水力发电，2014(10):84-88.

[4]王青梅.水电厂技术供水系统状态监测与故障诊断研究[J].科技创新导报，2012(10):167-173.

[作者简介]刘春雷(1974-)，男，辽宁本溪人，助理工程师。

[收稿日期]2015-06-28

中图分类号：TV73

文献标识码：B

文章编号：1007-7596(2015)09-0105-03