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水库管道供水机组的改造方法探析

来源:原创论文网 添加时间:2019-01-07

摘要

  1、概述

  在快速发展的今天, 城市对水资源需求量逐年加大, 从水库引水是解决城市水资源短缺的较好途径;但是在引水工程设计时, 设计者很少考虑共享水库水电站已有的引水涵洞, 而是在水库旁边新开挖穿岭涵洞, 并且征地修建引水渠首工程, 工程投资较大, 年运行管理费用也较高;而对水库水电站来说, 大量的水能资源被引走, 发电水量减少, 年发电量也随之减少;随着引水量的加大, 水电站将面临着严重的生存危机。

  2014年, 山东省临沂市政府决定把临沂城市一期引水管道上延至水源地岸堤水库, 临沂市岸堤水库管理处积极与工程设计单位沟通, 建议把引水渠首工程设在岸堤水电站, 共享水电站的引水涵洞, 同时改造电站闲置率较高的5号机组为管道供水机组, 建议论证后被采纳。

  2、管道供水机组的改造方法与运行

  2.1、水电站管道供水机组的设计与选型

  2.1.1、岸堤水电站概况

  原岸堤水电站共有6台水轮机发电机组, 总装机容量6 750 kW, 为坝后式水电站, 1~4号机组设在主站厂房, 1号机组容量为2 200 k W, 2、3、4号机组容量均为1 250 kW。5、6号机组设在二站厂房, 容量均为400 k W, 水轮机型号为ZD560—LH—80, 设计流量为2.5 m3/s, 设计水头19 m。5、6号机组年利用率极低, 只有在水库溢洪时才开启使用。

水库管道供水机组的改造方法探析

  2.1.2、管道机组的选型

  引水工程引水流量为1.5 m3/s, 预留30%余量, 管道供水机组的设计流量确定为2 m3/s, 按水库加权平均水位高程计算, 引水管道可利用的加权平均富余水头为13 m, 水头损失1 m, 水轮机按12 m水头选型。考虑到水库较多时间是在加权平均水位以上运行, 有时还会出现超高水位或者校核洪水位情况, 为确保机组在这种情况下仍能正常运行, 水轮机机械强度和发电机容量应按最高兴利水头20 m设计;所以水轮机型号确为HLA551—LH—65, 设计水头12 m, 最大水头20 m, 发电机容量确定为320 k W, 型号为SFJ320—14/990。

  2.2、管道机组的安装

  2.2.1、管道机组的装配与供水管道的对接方案

  机组改造组装如下所示 (见图1) , 原机组与新机组型号差异较大无法重复利用, 需全部拆除, 保留原发电机底座基础预埋件和水轮机顶盖基础预埋件;新发电机的底座尺寸小于原发电机基础的尺寸, 需加工1个支座与原基础装配。水轮机也是如此, 可利用原水轮机的顶盖, 经过加工配合来补充新水轮机顶盖尺寸的不足;拆除原尾水管, 安装新型尾水管。为了将机组尾水接入供水管道, 新增1个接入三通管及尾水弯管。在尾水弯管与接入三通之间设置1个检修蝶阀和1个旁路三通管。机组调试时, 关闭尾水蝶阀, 利用旁路三通管向尾水明渠内放水试运行。原混凝土蜗壳总体不变, 部分稍加修整以适应新型水轮机的平滑流线;保留机组的上游蝶阀。

图1 5号水轮发电机组改造示意
图1 5号水轮发电机组改造示意

  2.2.2、管道供水机组的安装

  管道供水机组安装的关键环节在于水轮机的尾水管、转轮室和底座的安装浇筑, 这个部分安装质量直接影响着机组总体安装质量。首先破除原水轮机的底座和尾水管处的混凝土, 使钢筋裸露, 把水轮机顶盖 (已与原水轮机顶盖装配好) 、座环、导水叶、底座及底座固定螺栓组装并紧固好;然后整体安装在原水轮机顶盖预埋基础座上, 调整水轮机中心与发电机基础中心垂直同心后固紧螺栓, 联接水轮机尾水管至转轮室。用合适的钢筋段把水轮机底座螺栓与裸露的混凝土钢筋焊接牢固, 按设计好的过水流道形状支好浇筑模板, 拆掉水轮机项盖, 从上部注入混凝土进行浇筑。待混凝土达到设计强度, 拆除模板, 安装水轮机的其他组件。此方法安装速度快, 装配误差小。其他部件的安装较为简单, 不再赘述。

  2.2.3、增设备用供水管道组件

  为了保证供水的可靠性, 当管道供水机组停机检修时, 为了不影响供水, 必须设置一路备用供水管道, 方法如下所示 (见图2、图3) :将原来的6号机组拆除, 改造为直联管接入供水管道, 保留6号机上游侧蝶阀。当机组故障检修时, 可打开备用供水阀供水, 确保供水的连续稳定。

图2 6号水轮机改为直通管示意
图2 6号水轮机改为直通管示意

图3 改造全局示意
图3 改造全局示意

  2.3、管道机组的运行

  2.3.1、用旁路三通管来调试管道机组

  管道机组安装完成后需要进行调试, 调试时为了不影响供水稳定, 一般是通过旁路三通管向尾水明渠放水来进行的;此时需要关闭尾水蝶阀, 打开旁通管阀和机组上游蝶阀, 然后再操作导水叶进行开机调试。

  2.3.2、管道机组供水运行

  机组调试完成达到发电供水条件, 将备用管道供水转移到机组发电供水。

  (1) 开机程序

  +开机前先确保机组旁通管阀在关闭位置。

  +将机组上游蝶阀、尾水管蝶阀和导水叶打至全开位置, 此时机组过流水通道虽然畅通, 但由于备用供水管道阻力较小, 机组净水头较小, 转轮不运转或转速很小。

  +将备用供水阀向关闭方向缓缓操作, 随着备用供水阀的开度减小, 机组净水头逐渐增大, 机组开始转动。当机组净水头达到一定值时, 机组转速达到额定值, 如果出现当备用供水管阀全关后, 机组有可能还达不到额定转速, 这是由于下游水厂取水量较小所致;此时应当关小机组导水叶开度, 来进一步提高水轮机的净水头, 使机组最终达到额定转速。

  +对发电机进行启励建压, 机组建压后, 机组转速会稍有下降, 及时调整开度, 使机组稳定在额定转速上。

  +发电机建压正常后, 当发电机周波与电网同步时, 合上发电机出口开关, 发电机并网。

  +机组并网后, 将备用管阀全部关闭。

  +操作导水叶开度, 增大水轮机净水头, 接带有功负荷, 在满足供水流量的情况下, 使机组接带有功负荷达到最大值。

  (2) 停机程序

  +逐渐打开备用供水阀, 在开阀的过程中, 水轮机转轮净水头逐渐降低, 机组缓缓卸掉有功负荷。

  +待机组有功负荷降为零时及时跳开发电机出口开关。

  +待备用供阀全部打开时, 关闭水轮机导水叶、尾水管阀及上游蝶阀。管道机组供水转移到备用管道供水, 保证了供水的连续性、稳定性。

  (3) 其他

  机组采用计算机监控技术, 对设备的操作实现自动化控制, 并按照以上过程进行PLC编程。为了便于系统综合测控, 在转轮上、下各安装1台压力监测仪, 在供水管道直管道段安装1台超声波流量监测仪, 在接入三通处安装1台管道压力监测仪。

  需要说明的是, 压力供水管道机组的转速和有功负荷的调整方法与尾水明渠机组截然不同, 明渠尾水水位相对稳定或变化不大, 机组流量和转速随导水叶开度成正向动作;而压力供水管道机组则不同, 因为供水管道终端的水厂设有节流阀, 当供水量达到水厂设定流量后, 上游机组侧无法增大这一流量值, 当导水叶开度增大时流量虽没有增加, 尾水管道的压力反而提高了, 这样就降低了水轮机的净水头, 造成机组转速或有功负荷的下降。因此, 压力供水管道机组的操作控制应采取不同于明渠机组的控制方法。

  3、改造效益

  管道供水机组改造总投资75万元, 引水工程共享水电站的引水涵洞, 减少渠首工程和引水隧道费用4 000多万元。机组投运以来, 每年节省引水管线渠首工程运行管理费用30多万元, 同时水电站每年增加发电收入50多万元, 投资收益率高, 社会效益显着。

  4、结语

  临沂市一期引水管道上延工程把引水渠首工程设在岸堤水电站, 充分利用了水电站的工程设施, 节约工程投资;引水管道富余水能资源得到充分利用, 增加了水电站的收入, 实现了节支增入双丰收, 是一个值得借鉴的成功案例。

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