新寨水电站循环冷却水系统设计

新寨水电站循环冷却水系统设计

路峰

桂林市水利电力勘测设计研究院  广西 桂林 541001

摘要：传统的水电站技术供水水源主要是天然的河水，由于汛期河水含有大量漂浮物和泥沙等杂质，经常出现堵塞管路等故障，导致停机检修，造成巨大经济损失。循环冷却技术供水是一种新型的供水方式，解决了防漂浮物、防泥沙等难题。本文介绍了新寨水电站循环冷却技术供水系统的设计情况，总结了该系统的优缺点，为类似水电站技术供水设计提供参考。

关键词：循环冷却；尾水冷却器；新寨水电站

1工程概况

新寨水电站位于云南省东南部藤条江一级支流金水河上，是金水河干流规划的第3个梯级水电站，坝址以上集水面积230.6km²，水库调节库容400万m³，具有旬调节性能。新寨水电站为引水式电站，采用“一管两机”，卜型叉管布置方式，厂房为地面式厂房。电站装机容量为2×24MW，电气主接线采用“两机一变”的型式，其接入方式为：一回110kV线路至和谐水电站220kV升压站，再一回220kV线路至勐拉变电站。

技术供水对象主要是对水轮发电机组设备（推力、上导轴承、下导轴承、水导轴承、空气冷却器）进行冷却和润滑。传统的供水方式主要有水泵供水、自流（减压）供水、中间水池供水等。由于金水河流域上游水土流失严重，汛期河流泥砂含量大，且大粒径悬浮物及杂质过多，作为水电站技术供水水质较差；电站附近亦无其他可用水源；下游和谐水电站采用自流减压供水，汛期时滤水器经常发生堵塞，无法自动排污，需停机人工手动清理，严重影响电站汛期的正常运行。故在施工设计时考虑采用循环水池加尾水冷却器的方案，其工作原理为采用经过水质处理的清洁机组冷却水通过机组后，带走机组运行产生的热量，经排水管道排入循环水池；水泵从循环水池内抽水至布置于尾水中的尾水冷却器，与河水进行冷热交换作用后温度降低：然后又送到机组。机组冷却水在一个往复循环的系统中，通过流动的温度较低的天然河水带走机组运行产生的热量。

由于循环水采用了经过水处理的清洁水，可有效防堵塞、防结垢、防腐蚀、防水生物，从而解决了水电站机组冷却水水质难以满足技术供水要求问题。

2循环冷却水系统设计

循环冷却供水系统主要包括循环水池、尾水循环冷却器、循环水泵、电气控制柜、冷却水进出水管道、阀门、表计以及相关自动化元件等设备。其工作原理为：在循环水池内储备一定量的经过水处理后的符合技术供水要求的清洁水，通过布置在水池周围的循环供水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，再送至各个机组冷却水管路中，带走机组运行产生的热量，经由排水管道排入循环水池中，完成一轮冷却水循环工作。通过此种循环往复的运作，来对水轮发电机组设备进行冷却和润滑，保证机组高效稳定的运行。如图1所示：

图1 循环冷却水系统图

由循环冷却供水系统原理可知，该系统最重要的组成部分为循环水池、供水水泵及尾水循环冷却器。

1）循环水池

循环水池布置在下游侧尾水启闭平台下，可为循环冷却供水系统提供相对恒定的水压，有利于水质检测及水质处理，便于水位检测等。根据新寨水电站的机组设备用水量的要求（252m³/h，设备冷却器进出口水温差应在2℃左右），在所有机组均满负荷运行的状态下，池内储水量应能保证电站2台机组运行10分钟的用水需求，故水池有效容积应在80m³左右。结合电站厂房整体空间尺寸，确定循环水池的尺寸为：3500mm ×7000mm×5000mm （长×宽×高）。循环水池内布置有供水总管、回水管、补水管、溢流管及放空管等各种水管路。循环水池顶部封闭，仅设进人孔和补水管道，补水管道沿墙敷设至安装间厂房外侧，由电站生活用水系统进行补水。水位线以上设通风散热孔及防尘网，池体内设循环通道，回水管由水池末端顶部进入，并在水池水位上限处设溢流管，将多余水溢流到厂房的集水井中。循环水池内还设置有液位变送器及液位控制器，用于水池内的水位监测报警及自动补水控制。水池内水温夏季控制在40℃以下，冬季控制在15℃以下。

2）循环水泵

根据循环冷却水系统布置情况，循环水泵采用卧式单级离心水泵，选择无盘根金属密封型，这种水泵占地面积少，便于布置，由于主轴密封为金属密封、无盘根，因此循环水泵本身不漏水，对于保持循环水池水位有很大好处。

水泵流量根据机组总冷却水量252m³/h考虑（每台机组设置2台水泵，1用1备，流量扩大5%），每台泵设计流量为265m³/h；水泵扬程根据管路布置，考虑机组及尾水冷却器水头损失，循环水泵的设计扬程为44.5m，总共4台水泵，分别布置在蝶阀层两机组中间与供水管道相连接。循环水泵采用自灌式布置，安装高程在水池最低水位以下，无需抽真空排气装置，启动方便。

根据自动控制水泵的需要，配套设置1套现地水泵控制柜，集中控制供水泵的开停机，并接受中控室的远程控制。控制柜能够自动启停循环水泵，在自动控制故障时能手动启停，并可以对循环水泵电机进行电气二次监控自动保护，还可以将水泵的运行状态信号和故障信号传送到中控室内的后台监控系统。

3）尾水循环冷却器

尾水循环冷却器的设计，主要是根据机组的容量、制造厂要求的冷却水进水温度及进水压力、河水温度、厂房尾水部分尺寸、尾水位的高低，进行多方案的优化设计。要求尾水冷却器能带走机组产生的热量，又能合理地安装布置，且要有一定的结构强度，能承受尾水不稳定的波动压力，防止产生共振，确保尾水冷却器寿命。

尾水冷却器的布置位置应该充分考虑尾水冷却器与尾水的相互影响。既要保证尾水冷却器周围的尾水是流动的，保证其冷却效果，又要保证尾水冷却器的存在不影响尾水的流态。该电站中，尾水出口后有一段较长的尾水渠，考虑到尾水冷却器对尾水流态的影响以及尾水冷却器吊出检修的方便性， 采用将尾水换热器布置在两侧尾水渠墙壁上的方案。该方案具有如下优势：一是尾水换热器布置在尾水渠的两侧，对尾水的流动影响较小，且不会影响机组的正常运行；二是尾水换热器组合式设计，每组换热器尺寸较小，且布置在尾水渠两侧， 这给将来对换热器进行检修提供了极大的方便；三是尾水渠尾水波动较大，有利于换热器进行热交换。

尾水循环冷却器按相应的技术标准和要求制造，使用年限不低于25a。每台机组设置2台冷却器，前后串联，共4台，单台冷却器尺寸为：3500mm ×900mm×1950mm （长×宽×高）。冷却器额定流量为260m³/h，与机组技术用水量相配套。冷却器散热面积262.1m²，出水温度小于25℃。冷却器内部应保持清洁、不易结垢及滋生微生物，材质选择304不锈钢，具有一定的防腐、防锈功能。冷却器应满足试验压力为1.0Mpa，保压时间为冷却器半小时不渗漏变形的要求。

3运行情况

新寨水电站投入运行以来，由实测数据可见，各轴承以及空气冷却器热风、冷风温度均在正常范围内，见表1，满足设计要求，循环冷却技术供水系统运行良好。

表1 2020年1-10月2号机组各部位最高温度统计

新寨水电站采用循环冷却技术供水，具有以下特点：

（1）循环冷却水是清洁的生活用水，不存在漂浮物、泥沙等杂质。因此，不会出现管路堵塞以及泥沙磨蚀管道的故障，减少了维护检修量，提高了机组运行的可靠性。

（2）机组初始运行时，加到循环水池中的水是经过软化的软水，在机组运行过程中，不会出现结垢。

（3）对循环冷却技术供水系统的检修简单方便，工作量小，减少了人力、财力。

（4）由于系统中设有水泵，因此会消耗大量的厂用电，但由于本电站水头较高，采用水泵仍是经济的。

4 结语

我国已经有很多座电站应用了循环冷却技术供水，该系统是一种可行、经济、实用的技术供水方案。解决了机组冷却供水水质的防泥沙、防漂浮物、防垢、防水生物、防腐蚀难题，冷却水稳定，实现了电站机组循环水冷却的自动化控制。由于确保了不结露、不磨损，提高了电站运行的可靠性，延长了机组的寿命，减少了机组检修工作量，极大的提高了经济效益。虽然消耗了大量的厂用电，但总体来说，循环冷却技术供水是一种可行、实用的供水方案。所以在进行水电站技术供水设计时，可结合电站的实际情况，通过技术经济比较，采用合理、可靠的技术供水方案极为重要。

参考文献

[1]孙诗杰,陶建民. 机组循环冷却技术供水在八盘峡水电厂的应用.水力发电.2003年06期

[2]孙诗杰，胡平.循环冷却技术供水在金华水电站的应用.四川水力发电.2000年3月.