JC水电站技术供水系统设计

赵弦?朱亚军

【摘 要】本文介绍了JC电站的技术供水系统的设计原则和方法，以及对泥沙问题的解决方案，为其他同类型的电站技术供水系统的设计提供参考。

【关键词】自流供水；二次循环供水；尾水冷却器

1、引言

水电站技术供水系统的主要供水对象是水轮发电机组、水冷式变压器、水冷式空压机及其他采用水冷却的附属设备。技术供水的主要作用是解决用水设备的冷却和润滑。各种用水设备对水量、水压及水质等都有一定的要求，因此，需结合电站的具体条件进行技术供水系统的设计。

2、基本资料

2.1 工程概况

JC水电站是西藏自治区境内的重点开发工程。本电站总装机容量为360MW，年发电量17.045亿kW.h，具有日调节性能，共装设3台单机容量为120MW的轴流转桨式水轮发电机机组。枢纽布置方案为主河床布置泄洪建筑物，左岸布置河床式地面发电厂房，右岸布置导流明渠，两岸布置挡水建筑物。

JC水电站的主要开发任务为发电，电能送入西藏中部电网。电站按“无人值班、少人值守”原则设计。按照工程进度计划，JC电站将于2020年6月底实现第一台机组并网发电。

2.2 基本参数

2.3 技术供水对象

3、 技术供水系统设计

3.1 供水方案

电站的供水方案的选择应与水源的选择统一考虑，一般根据电站电站的的水头范围和水质，进行综合比较后确定。应用较多的技术供水方案有自流供水、自流减压供水、水泵供水、顶盖取水、二次循环供水等方式。

本电站机组水头范围为26.00m～43.80m，根据《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》，第3.1.7条“工作水头为 15m～80m 时，宜采用自流供水方式。”因此，本电站优先考虑自流供水方式作为主供水源。另外，由于本电站汛期泥沙含量大，且输沙量年内分配不均匀，主要集中在汛期（6～9月），占全年输沙量的96.9%，其中7、8两月占全年的75.9%。为避免泥沙磨损及堵塞机组冷却器，影响机组长期稳定运行，本电站以蜗壳自流供水作为枯期主供水源，二次循环供水方式为汛期主供水源。

目前水電站技术供水系统常用的二次循环供水冷却器有两种：一种是尾水冷却器，另一种是板式热交换器。两种循环冷却器结构设计不同，设备布置及系统设备也差别较大，以下针对这两种设备进行比较选择。

3.2 循环冷却器选择

（1）尾水冷却器

其工作原理为： 在循环水池内储备一定量的经过处理的符合技术供水要求的清洁水，通过布置在水池的循环供水泵抽水至尾水冷却器中，与河水进行冷热交换作用后将温度降低至25 ℃以下，再送至机组各个冷却器，带走机组运行产生的热量，最后排入循环水池中。尾水冷却器安装在尾水平台附近，以尾水与冷却器内循环水的热交换来实现循环系统降低水温，整个系统与外界彻底隔绝，因此可以彻底解决泥沙问题。

二次循环供水循环水池的有效容积，应保证机组至少连续供水10～15min。JC水电站每台机组设置一个循环水池，其有效容积应为约260m3，满足运行要求。循环水池布置下游副厂房底层，满足布置的需要，同时还能减少厂房混凝土浇筑量，节省投资。

优点：二次循环供水系统采用下游尾水作为水源，不需要另外设置取水系统。由于本电站最高水温为24℃，多年平均水温为9.6℃，能保证循环供水时与内循环热水形成温差，满足热交换需要。

缺点：采用尾水冷却器作为循环供水冷却器时，冷却器需淹没在下游最低尾水位以下，其检修受尾水水位的影响较大。尾水冷却器的检修通常考虑在枯期尾水水位最低时进行，但在特殊情况需检修且下游尾水位较高时，需潜水人员水下作业。

（2）板式热交换器

其工作原理为： 每台水轮发电机组和主变设置一个技术供水单元，每个单元由开式回路和闭式回路两部分构成。开式回路主要从蜗壳自流取水，经过布置在下游副厂房的板式热交换器，与流经该热交换器的闭式循环回路中的热水进行热能交换，将闭式回路中冷却水的热量带走。闭式回路为清洁水通过管道增压泵进入机组和主变的冷却器，热出水通过室内板式热交换器进行热交换后再回到各冷却器，形成一个闭合的循环回路。

优点：板式热交换器布置在厂房内，设备运行维护、拆装检修简单方便。

缺点：板式热交换机器是通过板片之间的沟槽形成过水流道，通常流道直径约5～6mm。为了保证热交换器正常运行，不会因为杂质堵塞流道影响换热效果或导致水损过大，因此对使用板式热交换器的水质要求较高。开式循环系统水源取自蜗壳自流供水，但需要另设置一组高精度的滤水器或者水力旋流器，才能满足板式热交换器的长期运行要求。另外，由于本电站汛期最低水头约为26m，经过水损计算，需增加管道增压泵，才能满足开式循环系统水压要求。

（3）选定循环冷却器

综上比较，在两种设备都能满足电厂稳定运行的情况下，采用尾水冷却器，将会减少技术供水系统滤水器和水泵的设备配置，减少电厂运行维护工作量，因此二次循环供水系统采用尾水冷却器作为循环水冷却器。

3.3 选定供水方案

本电站选定技术供水方案如下：

蜗壳自流单元供水：非汛期河水泥沙含量较小时，优先采用蜗壳自流单元供水；每台机组设两个取水口，一个布置在蜗壳，一个布置在坝前死水位以下。

二次循环供水：汛期（6～9月）时优先采用二次循环供水。每台机组设置一个循环水池，每个水池上方设2台长轴深井泵，每台机两台泵互为备用。每台机组设置一组尾水冷却器，布置在尾水闸墩上。

4、技术供水系统设计要点

4.1 尾水冷却器改进点

①由于冷却器长期处于最低尾水位以下，尾水冷却器的进出水口接口形式和位置，及设备的固定和支撑方式，应设计出便于安装和拆卸的结构形式。②由于尾水冷却器长期浸泡在水中，应虑设备材质的防腐、放锈和防止表面因为水草、泥沙、悬浮物的结垢或者其他杂质的附着，影响冷却效果。③尾水冷却器长期布置在检修维护起吊时，应设计合理的起吊结构，以便于运送至尾水平台，进行检修。

4.2 主变空载和倒送电工况

主变空载和倒送电工况时，电厂水轮发电机组都处于不发电状态。本电站主轴密封主供水源为生活水，按照每台机组20m3/h的流量进行设计，而本电站在主变空载和倒送电工况时，每台主变冷却水量不大于20m 3/h。因此主变空载和到送电工况时主变冷却可采用生活水。结合本电站技术供水系统，在枯期坝前自流取水可作为主变空载和倒送电时主供水源，生活水作为备用水源；在汛期，自流供水水质太差，二次循环供水系统也未单独设置主变供水泵，则利用生活水作为主变空载和倒送电时供水水源。

结语

JC电站技术供水系统设计采用二次循环水泵供水结合自流供水的方式，解决了汛期泥沙含量高的问题，保证系统稳定、可靠运行的同时，兼顾了系统设备的经济性，对同类型电站技术供水系统的设计有一定的参考作用。

参考文献：

[1] 水电站机电设计手册编写组. 水电站机电设计手册-水力机械.水利电力出版社，1983.

[2] 周淼汛，丁丽香等. 苗尾水电站技术供水系统设计.云南水力发电，2017（33）.

作者简介：赵弦（1983-），男，工程师，主要从事水电站水力机械设计工作。