水電廠技術供水系統改造與應用

吳寶琳，曹益榮

(廣東粵海飛來峽水力發電有限公司樂昌峽分公司，廣東 韶關 512700)

0 引言

某水電廠自2013 年投運以來，因技術供水系統兩臺濾水器堵塞，技術供水總流量不足，導致三臺機組、兩臺主變和全廠空調系統運行不穩定，多次發生因技術供水問題引發的發電機組甩負荷跳閘、主變壓器冷卻水壓低、水冷空調頻繁故障等一系列設備異常運行狀態。為解決技術供水存在的問題，消除隱患，提高主設備運行可靠性，對電廠技術供水系統進行改造，改造解決了技術供水存在的問題。

1 技術供水系統存在的問題

該水電廠地下廠房技術供水采用流道取水，取水點位于三臺機組蝸殼前壓力鋼管段，取水總流量2 289 m3/h。經兩臺濾水器(型號為DLSⅢ-500，流量2 000 m3/h)過濾，供給全廠技術(機組冷卻、主變冷卻、空調用水、消防等全廠設備)和生活用水。濾水器安裝在標高82 m 高程。按設計說明，全廠最大用水流量約2 200 m3/h，兩臺濾水器按一主一備運行。2013 年1 月機組投產運行，發現一臺濾水器出水端供水壓力偏低、流量偏小，運行工況不佳。為保障機組及輔助設備正常、安全、高效運行，濾水器退出一主一備運行方式，兩臺濾水器全部投入至今。技術供水系統如圖1 所示。

圖1 技術供水系統

運行中主要存在以下問題。

1) 技術供水設計流量偏小，供水不足。全廠用水最大流量達2 200 m3/h，其中機組單臺總用水流量約600 m3/h，三臺機組全開情況下，機組總用水流量約1 800 m3/h；兩臺主變壓器最大總用水流量為140 m3/h；主廠房和副廠房共安裝立式空調35 臺、掛式空調13 臺，用水流量約200 m3/h；自廊道層DN500 技術供水總管引一條DN100 消防水管，接至主、副廠房消防給水環網，用水流量約為100 m3/h；主變噴淋系統與機組部分獨立，自蝸殼層取水總管經DN300 管道取水，再經兩臺噴淋泵加壓供給主變消防噴淋系統，流量約為600 m3/h。全廠設備用水流量統計見表1。

濾水器堵塞時進水壓力為0.66 MPa，出水壓力為0.61 MPa，空調水壓為0.20 MPa，低于正常運行要求的0.25 MPa。開蓋清理后濾水器進水壓力為0.66 MPa，出水壓力為0.65 MPa，空調水壓升至0.30 MPa。三臺機組滿發工況時濾水器進水壓力降為0.57 MPa，出水壓力為0.54 MPa，空調水壓為0.25 MPa。濾水器清洗前后各設備壓力值統計見表2。

表2 濾水器清洗前后各設備壓力值

現有濾水器設計流量為2 000 m3/h，比正常運行用水流量小，現場管路布置彎頭多、旁通多、水力損失大，供水不足，不滿足一主一備運行方式。

2) 濾水器選型不合理，排漂排污性能差，堵塞嚴重。電站水質含漂浮物多，貝類生長快，現在使用的DLSⅢ-500 型濾水器排漂排污性能差，堵塞嚴重。DLSⅢ-500 型濾水器采用下進上出、底部排污的結構。濾水器的濁水腔在下、清水腔在上，底部設排污結構。此結構僅適用于河水中含泥沙較多的水電廠，不適用于河水中漂浮物較多的水電廠。濾水器內因漂浮物無法有效排出而頻繁堵塞，須經常開蓋清理漂浮物。

3) 設備運行穩定性和可靠性低，故障率高，影響機組正常運行。機組運行中多次出現設備供水壓力偏低故障報警，示流計誤動作導致機組跳機，水冷空調系統冷卻水壓力低故障停運等一系列問題，嚴重影響機組及其輔助設備的正常、安全、高效運行，并造成很大的經濟損失。技術供水問題導致機組故障事件統計(2014 年1 月至2020 年5 月)見表3。

表3 技術供水問題導致機組故障事件統計

2 技改方案選定

根據水電廠技術供水特點，主要形成以下三種技術改造方案。

2.1 三種技術方案特點

1) 方案一?？照{和主變采用密閉循環供水，設冷卻水池，系統獨立分區。閉式循環系統冷水由供水泵向空調和主變壓器供水，熱水經浸泡于冷卻水池的冷卻器冷卻后循環利用。機組采用濾水器供水，與空調和主變壓器供水獨立。系統如圖2 所示。

圖2 方案一系統

2) 方案二。設三臺優化濾水器。針對該廠濾水器不滿足主備互用設計要求，設置三臺濾水器，以達到兩臺主用一臺備用，在一臺設備維護檢修時，可保證全廠用水量。系統如圖3 所示。

圖3 方案二系統

3) 方案三。優化設備，主變空調獨成系統。設置一臺精密度高的復合定位排污全自動濾水器，從流道取水總管取水，單獨向空調和主變壓器供水；同時利用現有技術供水管路設備，實現新增設備與原設備并聯，實現互為備用。系統如圖4 所示。

圖4 方案三系統

2.2 三種方案優缺點比較

對以上三種方案優缺點進行比較，見表4。

表4 三種方案比較

經過對現場設備布置、管路敷設等情況的查看和對技術方案的全面分析、比較和討論，認為方案二最優，將方案二作為此次技術供水系統改造方案?？傮w技術方案如下。

1）設三臺優化濾水器。針對該廠濾水器不滿足主備互用設計要求，設置三臺濾水器，以達到兩臺主用一臺備用，在一臺設備維護檢修時，可保證全廠用水需求。

2）選用過流量大、排漂排污效果好、操作維修方便的新型濾水器，更換現有排漂排污性能差、易堵塞的DLS Ⅲ-500 型濾水器。

3 技術改造方案的實施

3.1 濾水器選型

根據近幾年的運行和維護經驗可知，該水電廠技術供水水質相對較好，但在汛期，河水漂浮物較多，漂浮物會隨進水流道進入技術供水總管。經全面了解和考察目前國內水電廠濾水器技術情況，擬選擇三臺ZLSG-500GD 型濾水器，設計水流量大于等于2 120 m3/h，精度1 mm，減速機功率1.5 kW。

3.2 濾水器結構與功能

復合定位排污全自動ZLSG-GD 型濾水器主要適用于過濾水中具有大量漂浮物和一定量沉積物的介質過濾，此類型濾水器在許多水電廠技術改造中取得了預期效果。濾水器充分利用過濾原理、重力分離原理把濾水器分為漂浮物納污室、過濾室、進水濁水室三個腔室。復合型濾水器本體設計為上、中、下腔，上腔為漂浮物納污腔，中腔為過濾腔，下腔為濁水腔。在上腔設置漂浮物排污孔，中腔設置過濾組件和出水口，下腔設置排污叉管、進水口和沉積物排污孔。

當含有大量泥沙和漂浮物的水由進水口進入濁水腔后，利用重力分離和過濾切向分力作用進行復合排污，利用機電一體化技術，實現濾水器單個濾筒依次強力定位排污功能。排污采用機械密封結構，保證良好的清污效果。

過濾采用一體化控制技術，實現人機對話功能，并可以實現遠程監控及操作，可調節濾水器控制參數，查詢歷史數據，顯示故障報警等。濾水器排污可選擇間隔時間或壓差進行自動排污，并根據實際需要進行調整?？刂葡到y通過通信接入廠房公用本地控制單元(local control unit，LCU)，實現實時監控功能。

濾水器殼體下部設有檢修孔，可定期清理濾水器內部大型渣物；端蓋密封采用“O”型圈密封，可多次拆卸，不用更換；濾芯檢修時，只需要拆卸端蓋，不需要拆卸進出法蘭和閥門，只需要打開下檢修孔或通過排泥閥定期清污，設備檢修方便，利于維護。

3.3 技改重難點

1) 設備運輸。布置于地下廠房主廠房廊道層的2 臺主濾水器直徑約1.2 m，現有通道因管路布置及其除濕機安裝等，最窄處不足0.8 m，不具備新設備運輸條件。因此，需要將設備經主廠房吊物孔吊至主廠房廊道層，通過下層排水廊道運送至現場進行安裝，進出下層排水廊道處需要架設專門的設備運輸平臺。

2) 設備安裝。兩臺濾水器利用現有安裝基礎稍作改動進行安裝，由于新型濾水器采用下進上出，原DN500 進出水管路需要重新配割和制作。另外，一臺設備安裝在2 號濾水器側邊，總管路彎頭重新配置，總出水管整體向右移動1.5 m 左右，因作業空間狹窄，整體施工難度較大。

4 改造效果評估

技術供水系統改造后，經過三年多各種工況下的運行，得出以下評價。

1) 濾水器選型正確，其結構特點與該水電廠水庫水質相適應，符合該水電廠技術供水運行特性。新濾水器體寬，內部空腔寬闊，有利于排漂。原濾水器采用單體滾筒式濾芯，易發生堵塞，清洗工作狀態時，水力損失大；新濾水器采用7 個單體濾芯，濾芯采用沖孔設計，內壁光滑，濾網不易斷裂、堵塞，且反清洗時單個濾芯退出，水力損失小，適應某水庫水質，符合該電廠技術供水運行特性。

2) 技術供水系統改造后，運行狀態良好，水力損失少。改造后，濾水器進、出水口壓力值基本一致，濾水器水力損失小，效率高，無堵塞現象。在庫水位(標高140.5 m)接近死水位時，均滿足機組技術供水、空調、主變的水壓要求。三臺機組運行時不同庫水位下技術供水系統各測量點水壓力如表5 所示。

表5 不同庫水位下技術供水系統各測量點水壓力

3) 濾水器排污排漂效果良好，按照目前間隔時間進行排漂清污操作，能保證濾水器不發生明顯堵塞，技術供水壓力和供水水量在任何工況下均有保障。

改造前，維護人員每兩周打開濾水器維護蓋板進行人工清污工作，清除大量漂浮物、水生物等。改造后，運行人員每7 天執行自動清污運行，為檢驗濾水器的排污效果，運行期間多次開蓋檢查新濾水器內部情況，經過檢查發現三臺濾水器內部情況良好，上腔排漂腔均無漂浮物，下腔排污室均無明顯污泥，即使在水庫大量漂浮物的極端情況下，技術供水系統供水壓力和供水水量基本不受影響，濾水器整體工作情況良好。

4) 技術供水系統改造投運后，提高了機組運行可靠性和穩定性，消除了多年來機組技術供水系統故障頻發的安全隱患；經過一年多技術供水改造后的試運行，機組技術供水壓力均保持在0.35 ～0.5 MPa 之間，供水壓力有保障，未發生因技術供水壓力或流量問題導致機組等主設備停運的情況。

5 結束語

水電廠技術供水系統經過設置三臺優化的濾水器改造后，消除了供水能力不足、排污效果差等隱患，提升了技術供水系統的安全性和可靠性，保障了機組的安全運行。