摘要：埃塞FAN水电站原技术供水系统，采用单元水泵供水方式，水源取自电站尾水渠。电站投入运行两年多后，冷却器冷却效果骤减，尤其发电机定子绕组温升明显，严重影响电站安全运行。本文对该电站技术供水系统性问题进行了分析，介绍了处理方案，可以为类似问题或相近运行条件的技术供水系统设计和问题处理提供借鉴。
关键词：原因分析 技术供水系统 改造 两级双循环冷却系统
1 电站概述
FAN水电站位于埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴(Addis Ababa)西北250km的青尼罗河流域的Neshe河上。电站装有2台立式水斗式水轮发电机组，毛水头614.5m，单机容量48.5MW，总装机容量97MW。
发电水源自水库通过压力钢管引至厂房，采用一洞双机布置形式。水库正常蓄水位2230.0m，死水位2214.0m，总库容为4.48亿m3，死库容为8500万m3，有效库容3.63亿m3。
2 技术供水系统存在的问题
电站自投产发电近2年时间内，因水轮发电机组技术供水系统的问题引发了诸多额外非正常检修维护工作。首先随着时间推移，轴承及发电机定子绕组温度普遍升高，定子线棒最高温度接近110℃；用水终端即冷却器进水管水压较低，约为0.1Mpa，长年低于0.3Mpa额定水压运行；上位机经常报幕“冷却水中断”告警提示。由于上导冷却器进水管压力表震颤，流量开关流量指示信号微弱等问题，曾经拆除进水干管上布置的一个流量开关，却发现接口部位不但没有压力水喷涌，反而存在往里灌入气流的现象。
2013年1#机组停机进行检修，拆下定子空气冷却器，检查发现冷却器铜管内淤积了大量泥沙，同样的问题在滤水器滤网上也被发现。
日积月累，上述技术供水系统性问题已经严重影响电站水轮发电机组长期安全稳定运行，必须从根本上彻底消除系统性缺陷。
3 存在问题的原因分析
3.1 系统结构简介
原技术供水系统采用水泵单元供水方式，水源取自下游尾水渠，取水口设置拦污栅。冷却水自尾水被水泵抽取，经过滤水器﹑手动或自动操作阀门及管路后，送至机组水导轴承冷却器，发电机下导轴承﹑上导轴承﹑推力轴承冷却器和定子空气冷却器，分别与各部轴承油箱热油和定子热风经对流热交换后，带走部分热量沿着管路重新排放至尾水渠中，形成一种开放式循环系统。同时管路系统中布置有压力﹑流量﹑温度等多种仪表和监控元件，确保系统可靠﹑安全运行。轴承冷却器和定子空气冷却器分别采用薄壁铜管蛇形布置和列管布置。
3.2原因分析
3.2.1 水源泥沙含量大
从后来拆开定子空气冷却器的检查结果来看，水源水质较差，含有较多的泥沙，是问题产生的根源。如前所述，该电站技术供水系统存在滤水器滤网﹑冷却器泥沙淤积情形，管路及流量开关探头结垢，致使冷却器冷却效果降低，轴承和定子绕组温升增加。流量开关探头结垢，甚至被堵塞，灵敏度降低，信号显示微弱，导致计算机监控系统上位机非正常报幕“冷却水中断”。
3.2.2 滤水器滤网精度较大
原系统滤水器滤网精度为1mm,较一般粗滤水器0.5mm的精度要求更低，导致更多更大粒径杂质﹑泥沙涌入系统管路中，增加了系统管路堵塞的风险。
3.2.3 水泵能力不足
从现场观察各部位冷却器进水管路压力分布规律，即管路远端压力越低，以及末端管路水量无法充满管腔的现象来看，可以断定水泵输水能力与输水系统严重不匹配，或者水泵扬程和流量性能不足，或者输水管路沿程和局部水头损失过大。这也是导致泥沙淤积最直接的原因，冷却水自水泵被抽取，初始压能本不足，而沿程途径各种阀门设备，弯曲管件，沿途管道磨损，水头损失越来越大，压力降低，流速变慢，水中悬移质泥沙沉淀并附着于管壁更为容易，这也不难解释发电机定子空气冷却器泥沙淤积的现象，致使定子冷却器冷却效果极差，绕组温升接近报警值。
4 系统改造方案
4.1 新系统结构原理
立足于最大程度减少工程量，降低工程费用，同时为彻底根治原技术供水系统先天性缺陷，本系统在最大限度保留原系统配置的同时增加了必要的设备配置。借鉴热水采暖系统和中央空调水路系统供水结构原理，本方案设计为每台水轮发电机组配套两级双循环技术供水系统。一套为封闭式净水循环冷却系统，一套为开放式循环冷却系统，两个系统通过平板式热交换器交换热量。
开放式循环冷却系统利用水泵将尾水加压经过布置在水轮机层的平板式热交换器，将封闭式净水循环冷却系统中的热量带出，然后排至尾水管，又称初级冷却水系统。封闭式净水循环冷却系统采用生活水作为循环冷却水，利用循环水泵将循环水加压经过布置在水轮机层的平板式热交换器，将循环冷却水降温，降温后再进入机组等将需要冷却的设备将热量带出，回到循环水泵，也称次级冷却水密闭循环系统。
附图1 电站改造后单台机两级双循环技术供水系统图
4.2 新系统配置说明
针对原技术供水系统的具体问题，本次改造方案特意对管路水头损失和设备选型进行了重新校核计算。确定每台机组初级冷却水系统设置3台Q=720m3/h，H=35m离心泵，3台全自动滤水器Q=720m3/h，DN300，精度为3mm，均为2用1备，如1台水泵临时故障，备用水泵可自动启动；次级冷却水密闭循环系统设2台Q=650m3/h，H=47m管道泵，2台热交换器，均为1用1备。当主用泵工作不正常，水泵后水流及水温异常时，备用泵自动启动。当主用热交换器工作不正常，热交换器后水流及水温异常时，备用热交换器自动投入。
次级冷却水密闭循环系统另设1个1m3钢制水箱和1根补水管，补水管引自生活供水管，为系统补水。其余设备还包括水泵电源系统和相应控制系统，阀门、自动化元件、表计及其附件等。
4.3 两级双循环技术供水系统图
电站改造后单台机两级双循环技术供水系统图见附图1
结束语
本方案实施后，系统运行良好，大大减少了检修维护工作量。实践证明针对此前所述问题，对技术供水系统的改造设计和实施是成功的。也从另一方面，为我们提供了多泥沙水质条件下，一种技术供水系统设计方案的探究和实践应用。
参考文献
[1]李红帅 杨建 张新伟 密闭循环冷却技术供水方式在水电站的应用研究.水力机械技术 2014年第2期（总第152期）
论文作者:余志亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
标签：供水系统论文; 冷却器论文; 定子论文; 滤水器论文; 热交换器论文; 冷却水论文; 水泵论文; 《基层建设》2018年第34期论文;