小浪底电站技术供水系统运行实践

李鹏，孔卫起

（黄河水利水电开发总公司运行部，河南济源 459017）

小浪底电站技术供水系统运行实践

李鹏，孔卫起

（黄河水利水电开发总公司运行部，河南济源 459017）

鉴于黄河多泥沙的特点，小浪底电站技术供水系统在设计上采用了蜗壳水、清水2种水源。清水系统存在回水泵房安全性低、回水泵抽水能力不足、水源供水能力不足的问题。随着小浪底水库的逐渐淤积，技术供水各部冷却器均有不同程度的泥沙淤积，通过采用混合供水、降低流量等措施保证了当前水沙条件下各冷却器不淤积。

技术供水；清水；水源不足；泥沙淤积

小浪底电站位于河南洛阳市以北40 km黄河中游最后一段峡谷出口处，地下厂房共装设6台300 MW的混流式水轮发电机组。黄河中游流经黄土高原，水土流失严重，汛期过机含沙量高达60 kg/m3，而非汛期基本为清水发电[1]，由此决定了小浪底电站的技术供水必须采用复杂的系统设计和运行方式。

1 技术供水系统设计运行方式

水电站的技术供水对象为各种机电运行设备，包括发电机空气冷却器、轴承冷却器，水轮机的轴承冷却器，水冷式变压器的冷却器等[2-3]。技术供水的主要作用是对用水设备进行冷却和润滑，各种用水设备对供水的水量、水温、水压和水质均有一定的要求[4]。根据黄河水质条件，每年10月至次年6月为非汛期，过机水流基本上为清水；7至9月为汛期，过机含沙量会较高。为解决汛期多沙水流可能堵塞供水管路及机组冷却器的问题，小浪底电厂技术供水系统设计了多水源、分时段、正反向供水的方式[5]。

1.1 技术供水使用蜗壳供水和清水供水2种水源

技术供水水源分蜗壳供水和清水供水。蜗壳供水采用从每台机组蜗壳取水主要供本机组使用，之后排入尾水，6台机组的蜗壳取水通过直径478 mm的蜗壳取水联络干管连接，相互备用。清水供水的水源为地下水，从蓼坞备用井和葱沟备用井泵送至厂外清水池，再自流供给机组及其他设备使用。除主变和主轴密封用水泄弃外，其他冷却后的清水排至厂内回水池，经回水泵扬水至厂外清水池与地下水源井提供的补充水混合后循环供水，组成清水供水系统[6]。

1.2 蜗壳供水、清水供水分时段运行

最初设计将一年分为非汛期、过渡期和汛期，如上面所说每年10月至次年6月为非汛期，7—9月为汛期，7月之前和9月之后一段时间根据含沙量可以称之为过渡期。

在非汛期，由蜗壳取水供机组全部冷却器及主变冷却器，用清水供主轴密封。在过渡期，蜗壳取水供机组空冷器及主变冷却器，清水供机组各轴承冷却器、主轴密封。机组各轴承冷却水回到回水池，经回水泵回水到厂外清水池，重新作为技术供水水源。

在汛期，技术供水全部由清水供给，除主变、主轴密封用水外，其余大部分清水被循环利用。

1.3 技术供水可采用正反向供水方式

为避免冷却器管路堵塞，机组各部轴承冷却器和空冷器在蜗壳供水方式下可实现反向供水。

2 技术供水设计运行方式存在的问题

2.1 回水泵房运行安全性较低

厂内回水池总容积2 000 m3，有效容积1 700 m3。按照单机清水回水量1 320 m3/h计算[7-8]，在6台机组运行的情况下，发生1台回水泵无法运行的故障，若此时回水池水位在最高启泵水位，在短时间内将发生回水池溢水。

2.2 回水泵房6台泵抽水能力不足

回水泵房安装6台深井泵，单台回水泵设计排量为1 300 m3/h，每3台泵共用一根出水管，形成一个排水单元，6台泵形成2个排水单元。

原设计，在汛期小浪底电站最多5台机组同时运行。但机组投产以来的实际情况是，在汛期过机含沙量较大时下泄流量也较大，此时需要6台机组全部投入运行。小浪底电站单台机组给水供水用水量统计表见表1，6台机组可回收水总的流量为7 925.28 m3/h，6台泵理论最大总排量为7 800 m3/h。

2.3 清水水源供水能力不足

清水供水系统有蓼坞备用井和葱沟备用井2处水源。蓼坞备用井1号泵容量为980 m3/h，2号泵容量为800 m3/h，葱沟备用井1号泵容量为1 600 m3/h，2号泵容量为1 860 m3/h。

2015年4月3日，小浪底电站进行了葱沟、蓼坞水源井供水能力试验。经测试，蓼坞1号泵运行，供水流量为1 000 m3/h，蓼坞2号泵运行，供水流量为800 m3/h，2台泵同时启用，供水流量为1 400 m3/h；葱沟1号泵运行，供水流量为1 640 m3/h，葱沟2号泵运行，供水流量为1 820 m3/h，2台泵同时启用，供水流量为3 000 m3/h。经过现场试验，清水系统短时供水能力为4 400 m3/h。根据泵房设备运行规程，两台水泵不能同时运行，按照每个水源井两台水泵轮流运行计算，清水水源最大持续供水能力为2 630 m3/h。

表1 单台机组给水供水用水量统计表Tab.1 Water consumption statistics for single unit water supply

在考虑回水泵房安全性较低不投运的情况，机组采用清水供水方式下，最大用水量为8 700.48 m3/h（1 450.08×6）；机组采用混合供水方式下，最大清水用水量为3 305.28 m3/h（550.88×6）。考虑水源井在持续供水时会造成水位下降，泵的供水能力下降，以及泵的故障等因素，水源井供水能力不能满足汛期机组用水要求。

3 电站运行以来技术供水运行方式及存在的问题

自投产发电至2013年汛期以前，小浪底水库进水塔前泥沙淤积高程较低，汛期过机含沙量未达到设计时的定值，蜗壳供水基本满足了机组冷却水的需要，同时鉴于清水系统存在以上问题，清水系统仅在技术供水系统阀门检修、更换工作期间短时在部分机组投入过运行。目前，机组轴承及空冷器冷却用水全年使用蜗壳供水；主轴密封全年使用清水供水；主变冷却用水在清水和蜗壳供水之间切换，切换原则为当库水位超过245高程且水质较好时使用蜗壳供水，当库水位低于245高程或水质较差时使用清水。这种运行方式在前期保证了机组安全稳定运行。

随着坝前泥沙淤积高程的增加，2013年和2014年调水调沙前，预计过机含沙量会较高。为保证机组正常运行，制定了以下应对预案：如果过机含沙量大于25kg/m3，将机组的上导、下导、水导和推力轴承改为清水供水，发电机空冷器仍使用蜗壳水。

2013年7月4日，监测到过机含沙量达到25 kg/m3，随即按照预案要求，将进水口高程较低的5号和6号机组的上导、下导、水导和推力轴承改为清水供水。在2014年调水调沙期间，运行巡检所记录的过机含沙量最高值为14.22 kg/m3，机组一直采用蜗壳供水方式，为防止泥沙沉积在机组技术供水管路内壁，停机后机组技术供水仍保持在过水状态，并通过切换正反向供水阀，执行若干次正、反向供水操作。

2013年6号机组大修时，检查发现水导轴承冷却器管路内有轻微淤积。2014年4号机组大修时，对各冷却器管路进行检查，内部均有不同程度的淤积，推力冷却器淤积尤为严重，空冷器淤积比较轻微。

综上所述，机组技术供水系统存在的问题主要为：回水泵不能投运导致清水水源供应不足的矛盾；机组用水量大与回水泵容量不足的矛盾；回水泵房可靠性低与安全生产的矛盾。如通过试验能够降低机组技术供水流量，可缓解以上矛盾。

4 技术供水流量降低试验

2015年1月19日至21日，小浪底电站利用4号机组进行了降低技术供水流量试验。考虑到上导、下导和水导轴承正常技术供水流量较低且瓦温均大于50℃，没有进行降低技术供水流量的必要性，因此只进行了推力轴承和空冷器的降低技术供水流量试验。经试验，在使用清水供水，进水温度在16℃的情况下，推力轴承技术供水流量降至150 m3/h，推力瓦温度可稳定运行在45℃左右；发电机空冷器技术供水流量降至770 m3/h，定子线圈温度可稳定运行在80℃左右，铁芯温度可稳定运行在54℃左右。根据试验结果，确定机组最低技术供水流量如下表，考虑夏季清水温度在19℃左右，此流量在夏季也可满足机组安全稳定运行。小浪底电站单台机组给水供水最低用水量统计表见表2。根据试验数据，小浪底机组技术供水用水量最低为1 067.68 m3/h，加上一定裕度，小浪底机组单机技术供水用水量约为1 100 m3/h。

表2 单台机组给水供水最低用水量统计表Tab.2 Minimum water consumption statistics for single unit water supply

根据试验数据，机组在技术供水流量最低时，按照清水水源2 600 m3/h供水能力计算，若采用混合供水方式，仅各部轴承、主变及主轴密封使用清水，用水量为297.68 m3/h，清水水源可满足6台机组持续运行；若采用机组各部件全部使用清水，单机清水用水量为1 100 m3/h，清水水源最多可满足2台机组持续运行。

5 目前采取的技术措施

根据以上试验，在当前设备条件下，小浪底电站制定了以下技术措施，在保证运行安全的前提下，在过机含沙量较高时避免或减轻各部冷却器管路的淤堵。

1）机组运行台数多于2台时，机组采用混合供水的运行方式（蜗壳水供空冷器，清水供机组各轴承冷却器、主轴密封及主变冷却器），清水直接排走不再循环利用。

2）在开机台数不多于2台时，降低空冷器流量，运行机组全部使用清水供水方式。

3）机组停机后，使用清水的冷却器停止供水，空冷器保持过水，减轻管路淤积。

6 所采取技术措施的成效及仍存在的问题

2015年调水调沙期间，为避免技术供水管路淤积，在预计高含沙水流到达之前，即按照以上技术措施，将小浪底电站6台机组的技术供水切换为混合供水的运行方式，同时在机组停机后，空冷器保持过水，以减轻管路淤积。2015年小浪底电站2号机组大修时，对各部冷却器进行拆解检查，管路中基本无淤积现象，所采取的技术措施在目前的水沙条件下是行之有效的。

目前的水沙条件下，每年高含沙水流持续时间较短，过机含沙量较低。随着小浪底坝前淤积高程逐步增加，预计机组运行条件会更加恶劣，可能会导致减压阀、滤水器、阀门、冷却器、管路等技术供水设备的磨损和堵塞，影响机组的安全稳定运行。鉴于此，目前已提出了建设新的清水水源、投运西沟水库、采用新型高效率空气冷却器等多个方案，届时需对不同方案做出技术经济比较，对技术供水系统进行技术改造，才能够满足小浪底电站持续、安全、稳定运行。

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Operation Practice of Technical Water Supply System of Xiaolangdi Hydropower Station

LI Peng，KONG Weiqi
（Operation Department，Yellow River Water Resources and Hydropower Development Corporation，Jiyuan 459017，Henan，China）

In view of the sediment of the Yellow River，the technical water supply of Xiaolangdi hydropower station is designed to use both spiral case water and clean water.The clean water system has several problems，such as low security of the pump room，low deficiency of the water pumping ability and the deficiency of underground water supply capacity.As Xiaolangdi reservoir sedimentation grows，the various parts of the technical water cooler have different degrees of sediment.Measures such as use of mixed water supply and reducing water supply helps to ensure the sediment to be deposited on the cooler under the present conditions.

technical water supply；clean water；clean water shortage；sediment deposition

2015-10-20。

李 鹏（1973—），男，高级工程师，从事水电厂运行管理工作。

（编辑 李沈）

1674-3814（2016）05-0114-04

TV737

A

黄河水利水电开发总公司技术研究项目（2015-1-3）。

Project Supported by Technology Research Project of Yellow River Water Resources and Hydropower Development Corporation（No.2015-1-3）.