盖下坝水电站机组技术供水系统设计

李树刚，门 飞，庄乾彪，任哲明

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春130021）

盖下坝水电站位于重庆市云阳县云峰乡境内长江南岸的一级支流长滩河上。本工程是长滩河流域梯级开发的龙头电站。电站为引水式电站，是以发电为主，兼顾防洪、旅游等综合利用的大型水电工程。电站由水库、引水系统、厂房、地面开关站及副厂房组成。引水系统采用1洞3机的布置方式，设有上游调压井。电站水头范围为137.0～187.3 m，总装机容量132 MW，装设3台单机容量为44 MW的立轴混流式水轮发电机组。电站建成后承担重庆市电网的调峰和事故备用任务。

1 机组技术供水用户及其要求

本电站机组技术供水用户有发电机空气冷却器、上导及推力轴承油冷却器、下导轴承油冷却器及水轮机导轴承油冷却器。

依据设备资料，各用户用水量如下：

发电机空气冷却器用水量：240 m3/h；

上机架冷却器用水量：50 m3/h；

下机架冷却器用水量：10 m3/h；

水导轴承冷却器用水量：10 m3/h；

一台机组冷却总用水量：310 m3/h。

2 机组技术供水方式选择

本电站工作水头范围为137.0～187.3 m，额定水头161.6 m。机组技术供水可以采用射流泵供水、水泵供水、顶盖取水或其他供水方式。

射流泵供水方式，工作流体取自压力钢管，从尾水渠抽水经滤水器过滤后向机组供水。射流泵供水兼有自流减压供水和水泵供水的优点，可以回收利用一部分水能，设备制造简单、运行维护方便。在国内龙羊峡电站、东江电站等水电站已有使用。但射流泵的设计和运行经验不多，定型产品不多，设备布置占地面积大且较难适应于水头变幅较大的机组。

顶盖取水是一种较经济的技术供水方式。但是由于其取水流量不稳定，且本电站水头变幅大，也不太适合采用顶盖取水。

水泵供水方式的优点是供水水压、流量均较稳定，并可以节约水能。其缺点是消耗电能，并增加了运行维护的工作量。由于本电站水头高，采用水泵供水方式所节约的水能大于所消耗的电能，符合节能的要求。

另外，结合本电站位于重庆地区，汛期河流时间长且河水泥沙含量较大，并且机组技术供水用户均为冷却用水。在设计中考虑了在尾水渠中设置热交换器的密闭循环进行二次冷却的技术供水方式。除了水泵供水方式的特点，采用尾水渠中设置热交换器的密闭循环进行二次冷却的技术供水方式还有防堵防结垢和低磨损等优点。密闭循环系统中的水采用清洁水（如生活用水），可有效防止汛期河流含沙量大引起的管道和设备堵塞和磨损，并可以避免机组冷却器及管道结垢和水生物的影响。

综合比较以上几种供水方式，并结合本电站的具体情况，设计采用了在尾水渠中设置热交换器的密闭循环进行二次冷却的技术供水方式。

3 系统设计

3.1 系统组成及原理

本电站装设3台水轮发电机组，每台机组作为一个供水单元。每个单元均由循环水箱、循环水泵、机组技术供水用户、热交换器、管道、阀门及自动化元件等组成。

根据机组冷却器用户的用水量和估算的管道系统中的水量确定每个单元设置一个有效容积为40 m3的循环水箱（图1）。循环水泵采用立式离心泵，每个单元设置2台循环水泵，1主1备，定期切换运行。水泵扬程为38 m，设计流量为348 m3/h。热交换器为HSW-1510型冷却器，每个单元设置1套。

图1 系统原理图

立式离心水泵从循环水箱中将冷却水加压送至机组各冷却器用户，由于机组运行而升温后的水引至设置在尾水渠中的热交换器，利用热交换器与外部流动的河水进行热交换，将来自机组的升温后的循环水冷却，使冷却水水温降低到满足机组对冷却水水温的要求后回到循环水箱中。再由循环水泵从水箱中将冷却水加压送至机组各冷却器用户。通过这样不断的循环，机组冷却水形成了循环水，保证了机组正常运行。系统中设置有压力表、压力控制器、温度计、流量监测、流量调节阀等，用于监测系统运行状态和调节向各用户的流量分配，使技术供水系统运行在较优状态。技术供水系统的启停并入开停机程序中与机组同步运行。

3.2 热工计算及热交换器结构

根据机组技术参数、河水水温资料、机组各冷却器进出水温度条件及用水量进行热交换器的热工计算，得出需要的热交换器换热面积，结合电站布置条件确定热交换器的外形尺寸。在设计时充分考虑了热交换裕量，以保证热交换器能够安全可靠的运行。

热交换器采用钢管构成框架，换热管排置入框架内，中部采用两道扁钢固定。热交换管采用无缝钢管，无缝钢管的管间距离和布置满足热交换要求并能保证河水中的杂质顺利通过，同时也便于检修时清理挂附在热交换器表面的残留物。

固定及连接用的螺栓和螺母均采用不锈钢材料。框架顶部设有吊耳，起吊时换热管排基本不受力，可有效防止起吊时损坏换热管的焊缝。所有浸沒在水中的金属管路及热交换器固定装置表面处理材料均为低热阻材料，以保证尽量减少影响整体的热交换效率。

3.3 密闭循环进行二次冷却的技术供水方式的优点

与传统的自流减压供水方式或尾水取水的水泵供水方式相比，在尾水渠中设置热交换器的密闭循环进行二次冷却的技术供水方式具有明显优越性：

（1）循环冷却水中不含泥沙、漂浮物、水生物等，在水电站运行中技术供水系统不会发生滤水器或管道堵塞等问题，可确保机组正常运行（特别是汛期）。

（2）延长机组水系统设备寿命：由于密闭循环系统中的水采用清洁水（如生活用水），不含泥沙、漂浮物、水生物等，冷却水对水系统中的设备磨损大为减小，并可以避免机组冷却器及管道结垢和水生物的影响。提高电站运行的可靠性，保证机组各冷却器的热交换效率且有效延长机组和技术供水系统设备使用寿命。

（3）节省了维修费用和时间：由于冷却水质好，避免了过去水质差带来的困难，只需一般性检查。

4 结束语

盖下坝水电站的机组技术供水系统，采用了在尾水渠中设置热交换器的密闭循环进行二次冷却的技术供水方式，在机组调试和试运行期间冷却效果良好，机组各用户温度监测正常，均低于温度报警设定值。这种技术供水方式有效避免了泥沙、漂浮物、水生物、管道结垢等的影响，保证了机组的正常运行。