清远抽水蓄能电站技术供水系统设计

宋承祥



清远抽水蓄能电站技术供水系统设计

宋承祥

（东芝水电设备(杭州)有限公司，杭州 310020）

清远抽水蓄能电站技术供水系统采用水泵加压供水和自流供水，系统组成中除了水源之外，还有管路、供水设备、水过滤设备及控制器件，作为电站机电设备的冷却、润滑用水，要确保供水设备输出的水的各项指标合格，包括水压，水质，流量等，在使用过程中，都要保证各项参数达到设备用水的标准要求。对相关问题进行分析、改进和总结，并提出该系统应予关注的问题，可供设计、调试和运行人员参考。

抽水蓄能电站；技术供水系统；管路；水压；流量

0 前言

清远抽水蓄能电站位于广东省清远市太平镇，装机4×320MW可逆式机组，额定转速428.6r/min，水轮机工况时比转速111.9m·kW，设计水头470m，最大水头502.73m，最小水头440.39m；水泵工况时最大扬程509.08m，最小扬程450.72m。抽水蓄能电站机组运行的可靠性直接关系到电站及电网系统的安全。鉴于清远抽水蓄能电站机组对技术供水系统的运行可靠性要求，提高电站的运行安全系数，设计时考虑供水方案采用水泵加压供水和自流供水相结合方案，增强了系统运行的稳定性。

1 技术供水系统概述

技术供水又称生产供水，其主要作用是对水电站运行设备进行冷却、润滑及水压操作（如电站用的球阀操作）等。清蓄电站技术供水系统的供水主要包括：

（1）发电电动机的上导轴承、推力轴承、下导轴承和空冷器的冷却用水；

（2）水泵水轮机水导轴承、水泵水轮机上/下止漏环、主轴密封的冷却用水；

（3）调速器和主变的冷却用水；

（4）空压机、SFC油变室及设备室空调设备的冷却用水；

（5）通风空调系统的冷却用水；

（6）全厂消防、生活用水、电站内水喷雾系统用水。

清蓄电站技术供水主要采用三支路供水方式，分别说明如下：

（1）第一支路为机组供水系统，采用水泵加压技术供水系统，从每个尾水管取水，经主泵加压、滤水器过滤，然后供水至机组各冷却器等用水设备，该支路也为主变负载时提供冷却用水，用后的水再排到尾水闸门的内侧尾水管中。

（2）第二支路为电站辅助设备供水系统，采用自流供水方式，供水对象是主变压器空载用水、4台空压机、SFC油变室及设备室空调设备冷却水、通风空调系统的冷却用水和全厂消防、生活用水、电站内水喷雾系统用水等。自流技术供水系统主要考虑从2号、3号机组的尾水闸门外侧取水和厂房下库高处的洞外生活小水库取水，经滤水器过滤后供水至上述的各用水设备，经设备使用后排水到集水廊道。其中的通风空调系统的冷却水（设备内部设有水泵装置）使用后排到1号机组的尾水闸门外侧。

（3）第三支路为进水球阀操作供水系统，也为自流供水方式，主要考虑从压力钢管取水，通过高压泥砂旋流器、过滤器、控制阀和配压阀，供水对象是主进水球阀接力器的水压开关球阀操作和球阀上、下游密封的投入锁锭和退出。

对于电站技术供水系统的设计在确保电站机组稳定运行的同时，还要操作简单，运行便利，维护方便或免维护，充分符合经济合理性，在电站低成本投入的同时还要降低运行成本，做到设备布置合理。

2 技术供水系统设计

清蓄电站技术供水系统是根据各用水设备的具体使用工况条件进行设计的，电站技术用水设备和部件主要有各轴承循环油冷却器、主轴密封、空气冷却器、转轮上/下止漏环冷却、主变负载冷却等。机组技术供水系统主要用水设备的供水流量参数：发电电动机上导油冷却器60m3/h，发电电动机推力油冷却器270m3/h，发电电动机空气冷却器780m3/h，变压器冷却器（负载）130m3/h等，每台机组设计供水流量1350m3/h。全厂公用供水系统主要用水设备的供水流量参数：主变压器冷却器（空载）45m3/h，厂房生活用水、消防栓用水400m3/h，厂房通风空调系统冷却器300m3/h，空气压缩机冷却系统（4台）60m3/h等，全厂公用设备供水系统设计总供水流量860m3/h。

2.1 第一支路水泵加压供水系统设计

第一支路水泵加压供水系统，即机组供水系统，是按每台机均设置一个单元循环技术供水系统进行设计，如图1所示。

电站四台机共四个相同的单元循环技术供水系统，每个单元循环技术供水系统，采用2台主供水泵集中供水方式，一台主用一台备用。供水及排水管路设计为：从机组本台机尾水管肘管处取水，主供水泵加压后，经主供水过滤器，从主供水过滤器的出水管流入主供水总管，再通过控制阀门，供给机组各支管供水系统。

1-主供水泵；2-过滤器；3-水导轴承油冷却器；4-调速器油压装置冷却器；5-推力轴承油冷却器；6-主变压器冷却器负载供水；7-主轴密封供水过滤器；8-转轮密封供水过滤器

主供水泵根据机组运行的可靠性和安全性来考虑，额定流量选取按各用水设备的流量总和适当加大选用，主供水泵的控制方式上按一主用一备用模式，每一台主供水泵都可以直接向设备供水。具体而言，在开机前，就要先启动一台主供水泵，可以检测到水泵是否有故障，如果水泵持续低压，就会出现报警信号，自动启动另一泵机组进入到运行状态。各支管供水系统设计如下：

2.1.1 各轴承循环油冷却器供水、空气冷却器供水、主变负载冷却供水系统设计

经第一支路单元循环技术供水系统供水总管，通过控制阀门，流经上导轴承循环油冷却器（内置）、下导/推力轴承循环油冷却器（外置）、发电机空气冷却器、水导轴承循环油冷却器（外置），并为主变负载时提供冷却用水，设备用水后，技术供水回流到本台机尾水管的尾闸水轮机侧的流道中。

管路设计中，考虑为方便用水设备以后检修和维护，在各用水设备的前后端均加装阀门，为防止水流干扰，在用水设备后端排水侧加装止回阀，为方便检修和维护同时增加设置一个截止阀，管路上配置一只流量开关监测用水设备的供用水流量，在进出水管路上装设温度传感器，方便中控的监测和控制。

2.1.2 主轴密封供水系统设计

主轴密封供水直接从单元循环技术供水系统供水管上取水设计，采用第二级过滤，通过2台高精度滤水器集中供水方式，一台主用一台备用。主轴密封供水管路设计中，也在精密滤水器的前后端均加装闸阀，为增加可靠性，在前端设置双阀门型式，为防止水泵水轮机中的水流倒流干扰，在供水管后端加装有止回阀，为方便检修和维护同时设置一个截止阀，管路上配置一只电磁流量计监测主轴密封的供用水流量，方便中控的监测和控制。

2.1.3 转轮上/下止漏环冷却供水系统设计

转轮上/下止漏环冷却供水直接从单元循环技术供水系统供水管上取水设计，采用第二级过滤，通过1台高精度滤水器供水方式。转轮上/下止漏环冷却供水管路设计中，也在滤水器的前后端均加装闸阀，为增加可靠性，在滤水器处设备旁通阀，便于远程自动控制管路上设置一个液压自动阀，管路上配置一只电磁流量计监测用上/下止漏环冷却的供水流量，方便远程中控的监测和控制。

2.2 第二支路自流技术供水系统设计

第二支路自流技术供水系统，即电站辅助设备供水系统，如图2所示，该系统从两路水源取水。第一路水源从机组2号或3号尾水闸门外侧取水，也可从2号和3号尾水闸门外侧同时取水，第二路水源是从下库边上的洞外生活小水库取水。

1-滤水器；2-SFC室冷却器；3-空压机冷却器；4-通风空调冷却器；5-1号主变冷却器；6-洞外生活水水库

通过2台中精度滤水器集中供水方式，一台主用一台备用。自流技术供水管路设计中，也在中精度滤水器的前后端均加装闸阀，为增加可靠性，在前端取水口处增设硬密封球阀和闸阀，为防止主变误操作时的技术供水倒流，中精度滤水器后端加装止回阀。

自流技术供水系统的用水设备主要是1号～4号主变压器空载用水、1号～4号空压机、SFC变压室（1室和2室）、SFC室ACU（2F）及设备室空调设备冷却水、通风空调系统的冷却用水和全厂消防、生活用水系统、电站内水喷雾系统用水等。各用水设备使用后的水直接排到集水廊道。其中的通风空调系统的冷却水（设备内部设有水泵装置）使用后排到1号尾水闸门外侧。

2.3 第三支路自流技术供水系统设计

第三支路自流技术供水系统，即进水球阀操作供水系统，如图3所示，分别从各台机组的主进水球阀前端压力钢管中部取水，通过高压泥砂旋流器、2台过滤器（一台主用一台备用）、控制阀和配压阀，供水对象是主进水球阀接力器和球阀上下游密封的投入锁锭和退出。功能是水操作接力器利用压力水操作开/关球阀，球阀上/下游密封利用压力水操作投入和退出密封状态。通过接力器和上/下游密封的使用后的水，直接排水到集水廊道。

1-高压泥砂旋流器；2-过滤器

从图3中可见，该供水系统也设置了一套调试水源接口接试压泵或下游尾水备用水源接口，供进水球阀在调试状态下操作接力器动作试验使用。

3 技术供水系统调试

技术供水系统的调试分为设备无水调试和系统有水调试。

设备无水调试前，各设备安装就位并初步安装完毕，调试人员和安装辅助人员就位，与业主总调度申请，得到许可后可进行设备的无水调试试验。进行各系统设备的无水试验，手动阀的开关试验，电动阀的启闭试验，液压自动阀的现地手动启闭试验及开关时间的试验，液压自动阀的远程自动控制启闭试验和开关时间的试验及开关时间的试验，主泵空载盘车试验及点动试验，滤水器的无水模拟试验，管路的冲洗等。

系统有水调试前，管路及设备先作充水试验，作无压充水和密封性试验，充水合格后进行技术供水系统管路、阀门及设备有水调试，调节流量和水压使之满足设计参数要求；自动控制系统进行地下厂房外的远程操控试验及启停流程的验证试验。

3.1 技术供水系统设备的无水调试

下面分别对技术供水设备中的手动阀、电动阀、液压自动阀、主泵、全自动滤水器等进行无水动作试验的要点进行说明。

（1）手动阀无水动作试验

手动阀无水动作试验时操作各阀门和手柄或手轮，缓慢匀速开启和关闭阀门，开关动作过程中应平滑无卡阻现象。

（2）电动阀无水动作试验

先手动操作电动阀门的手轮，应能均匀用力缓慢开启和关闭；现场加接临时电源，电动开关操作开启和关闭阀门，动作过程中应平稳无卡涩现象，能自动停止，并记录电动阀的启闭时间；确保电控柜内接线无误后，联接电动阀接线，在控制柜上电后，将控制模式调到“现地/手动”，现地操作开启和关闭阀门，动作过程中应平稳无卡涩现象；再将控制模式调到“中控/自动”，远程操作开启和关闭阀门，开启和关闭动作应准确，无异常。

（3）液压自动阀无水动作试验

液压自动阀的现地手动启闭试验及开关时间的试验，由于是液压操作，操作油源是从调速器系统上接入，按图找到对应的液压电磁阀，试验时需多人配合，在调速器处采用工具手动按压液压电磁阀，操作开启和关闭液压阀，动作过程中应平稳无卡涩现象，记录液压阀的启闭时间。液压自动阀的远程自动控制启闭试验和开关时间的试验，通过调速器手动或自动操作开启和关闭，液压阀开启和关闭动作应准确，无异常。

（4）主泵无水动作试验

开启主泵前先手动空载盘车，确认安装无误，机组轴线正确，确认主泵的一次接线和二次接线正确，测量主泵电机的对地绝缘是否达到参数要求，检查完毕后，主泵控制柜上电，将控制模式调到“现地/手动”，现地操作点动开启，检查泵轴的转向是否正确及水泵启/停中有无异响，管路系统中未充水，主泵不宜长时间运行。再将控制模式调到“中控/自动”，远程操作开启和停机主泵，开启和停机动作应准确，无异常。

（5）全自动滤水器无水动作试验

全自动滤水器的无水模拟动作试验，确认安装无误，确认滤水器的一次接线和二次接线正确，测量滤水器电机的对地绝缘是否达到参数要求，检查完毕后，滤水器控制柜上电，将控制模式调到“现地/手动”，检查滤水器的排污阀是否在全关位置及全关位置信号是否正确。进行手动清洗试验，按清洗按钮，检查滤水器清洗电机的转动方向是否正确，排污阀是否能均匀开启，无卡阻现象，排污阀全开后控制屏上能显示全开信号，清洗过程中需检查滤水器旋转部件动作是否平稳和有无卡阻现象。然后再将控制模式调到“现地/自动”，在差压表处模拟差压开关动作发信号，滤水器应能够自动进行反冲洗动作，并按设计参数要求设置冲洗时间及差压参数。

3.2 技术供水系统管路及设备充水及密封性试验

技术供水系统管路及设备单体调试运转合格后，采用开启自流供水管路上阀门对管路系统进行充水，检查系统各部件无异常，连接法兰无漏水，缓慢调节出口的调节阀，将技术供水系统管路及设备的水压升至管路设计的额定压力，检查系统各部件无异常，连接法兰无漏水，并保压30min。关闭自流供水管路上阀门，使用加压泵对管路系统进行升压到1.25倍的额定压力，进行管路系统密封性试验，并按国标相关规定进行保压，系统各部件无异常和无漏水现象。

3.3 技术供水系统设备有水调试

在电站技术供水设备进行无水试验、供水管路及设备进行充水及密封性试验后，将进行供水设备的有水调试试验。下面对技术供水系统设备中的电动阀、主泵、全自动滤水器等进行有水试验的要点进行说明。

（1）电动阀有水试验

将电动阀控制模式调到“现地/手动”，现地操作开启和关闭阀门，动作过程中应平稳无卡涩现象；再将控制模式调到“中控/自动”，远程操作开启和关闭阀门，开启和关闭动作应准确，无异常，阀门全开时管路流量应为最大，阀门全关时应能可靠切断管路中的水流，电动阀开启和关闭时间及阀门渗漏量满足设计要求。

（2）主泵有水试验

开启主泵前先将控制模式调到“现地/手动”，现地操作开启，管路系统中已充水，主泵可以长时间持续运行，检查主泵出口压力值是否符合要求，检测水泵运行时电机的电流、电压、温升等数值是否正常，栓查泵体及法兰接头处有无渗漏。模拟主用水泵异常、电机掉电、缺相、热过载、短路等报警信号时，控制柜是否能发出报警信号并能及时切换到备用水泵运行。再将控制模式调到“中控/自动”，远程操作开启和停机主泵，开启和停机动作应准确，无异常。

（3）全自动滤水器有水动作试验

将全自动滤水器控制模式调到“现地/手动”，手动进行滤水器几种模式的清洗方式，滤水器应能够自动进行反冲洗动作，检查滤水器有无渗漏。

4 结语

清远抽水蓄能电站的技术供水系统采用了合理的优化设计方案，运行性能可靠，解决了技术供水系统可能存在的问题和风险。设计时对技术供水系统进行了充分的考虑，采用水泵加压供水和自流供水相结合方案，提高了电站的运行安全系数，不但能满足蓄能机组所要求的各种工况运行要求，而且还提高了机组的开机成功率，达到了蓄能电站对自动化程度的更高要求，增强了蓄能电站系统运行的稳定性。

[1] 孙成功. 沙河抽水蓄能电站机组技术供水系统改造[J]. 水利水电, 2013(19): 47-49.

[2] 周明雄. 水电站技术供水方案综述[J]. 四川水力发电, 2014(04): 66-67.

[3] 巨杨. 浅谈抽水蓄能电站技术供水系统设计与研究[J]. 城市建设理论研究(电子版), 2015.5(14).

[4] 王清平. 北江清远水电站技术供水系统设计[J]. 北江清远水电站技术供水系统设计, 2013(13): 57-59.

[5] 王磊. 宝泉抽水蓄能机组技术供水系统调试与改进[J]. 水电站机电技术, 2010(2): 53-55.

[6] 吴新平. 惠州抽水蓄能电站技术供水系统设计与研究[J]. 水利规划与设计, 2004(4): 45-47.

[7] 李鹏. 小浪底电站技术供水系统运行实践[J]. 电网与清洁能源, 2016(5): 114-117.

[8] 贾春雷. 水电站机组技术供水系统运行分析及对策[J]. 电工技术, 2015(8): 31-32.

[9] 吴洪飞. 三峡左岸电站技术供水系统运行风险分析与对策[J].水电自动化与大坝监测, 2007, 31(3):46-48.

[10] 郑莉玲. 特殊水锤防护措施在小浪底电站技术供水系统中的应用[J]. 大电机技术, 2000(4): 40-42.

[11] 郑源. 高水头水电站技术供水系统设计[J]. 水利水电工程设计, 2001, 20(3): 20-22.

[12] 李祥波. 高压减压阀在水电站技术供水系统中的性能改造及CFD分析[J]. 水电站机电技术, 2015(3): 56-61.

[13] 赵文庆. 水电站技术供水系统设计探析[J]. 水利规划与设计, 2015(12): 87-89.

[14] 乌晓明. 水电站技术供水系统节能设计探讨 [J]. 水电站机电技术, 2009, 32(6): 17-19.

[15] 龙海军. 循环冷却技术供水系统在某水电站的设计及应用[J]. 吉林水利, 2014(2): 50-52.

The Design of Technical Water Supply System of QingYuan Pumped Storage Power Station

SONG Chengxiang

(Toshiba Hydro Power(Hangzhou)Co., Ltd., Hangzhou 310020, China)

In this paper, the author takes advantage of the technical water supply system of power plant using the pump pressurized water and Self flow water supply of Qingyuan pumped storage power station, In system, Including water, the pipe, and water supply equipment, water filtration equipment and control devices, the electrical and mechanical equipment as power station cooling and lubricating water indicators to ensure water supply equipment output water qualified, including water pressure, water quality, flow, etc., in use, to ensure the requirements of the parameters meet the water standard equipment. To analyze, improve and summarize the related problems, and put forward that the system should pay attention to the problem, which can be used for design, debugging and operation.

pumped storage power station; technical water supply system; pipeline; water pressure; flow rate

TK734

A

1000-3983(2018)02-0068-05

2017-04-06

宋承祥（1969-），1994年毕业于四川工业大学（现西华大学）流体机械与流体动力工程专业，一直从事水轮机设计工作，现任东芝水电设备（杭州）有限公司水机部参事，硕士研究生，高级工程师。