龙溪水电站辅助供水系统的技术改造

龙溪电站位于浙江省天台县龙溪乡境内，集雨面积76km²，设计水头234m，最高水头271m，装机容量2×8000kW，它不但在天台县电网中起主导作用，且为台州电网担负顶峰任务。
　　该站于1990年10月投入运行，不久即发现电站的辅助供水系统存在先天性缺陷。几年来分步加以改造，取得较为显著的效果，积累了较为成熟的经验，现就此问题阐述如下。

1　辅助供水系统的原状及存在的问题

　　所谓水电站的辅助供水系统即指除输送供给水轮机运转用水的主供水系统以外的其它供水系统。龙溪电站原辅助供水系统有机组冷却供水系统、电站消防供水系统和厂区生活供水系统。
1.1　机组冷却水供水系统
　　龙溪电站的BL100-LJ-100水轮机配SF1-K8000kW发电机机组，额定转速为1000r/min，这档转速是立式机组的极限最高额定转速，因此其推力瓦的冷却方式与1000r/min以下转速的机组推力瓦的冷却方式具有本质上的区别。低转速的机组是让润滑油与冷却器的铜管外壁接触，润滑油在推力瓦和镜板间摩擦所得来热量传给铜管，源源不断地通过铜管的冷却水把热量带走。而龙溪电站的机组因转速高，水推力大，推力瓦与镜板间油膜所产生的热量也大，一般的冷却器降低油温的方式不能采用，所以采用了推力瓦内通水带走油中热量的冷却方式，这种冷却方式效果颇佳，但对冷却水的连续性要求极高，若断水时间达30s，推力瓦温即达60℃的故障温度，报警系统就要发出信号，断水60s，推力瓦就要烧毁。
　　 原机组的推力瓦冷却系统以3台各为45kW电动机驱动的水泵(2台工作，1台备用)及管路组成，水泵从尾水池中抽水经管路送经推力瓦。这种冷却系统有如下问题：(1)冷却水的供应不能与机组的启动同步；(2)由于通过推力瓦内的冷却水不能有短时间(30s)的断流，所以要求机组运行过程中冷却水泵保证正常运转供水，但由于水泵机组安装在阴暗潮湿，环境条件恶劣的球阀层上，故难以保证水泵电机及其控制电气回路不出故障，水泵本身的机械故障亦难避免，1991年7月某天，水泵电机控制回路出现故障，水泵停转，冷却水中断，推力瓦温度急剧升高，机组被迫解列，待备用泵投入后才重新并网，严重影响机组的安全运行。
1.2　消防供水系统
　　消防供水系统由2台各为5.5kW的250-1螺杆泵及管路组成，从尾水池抽水经管路送至消防水池及消火栓。水泵也安装在球阀层内。
　　 此系统平时不启动，只在火灾发生时投入，由于长期不用，一旦火灾突发，能否正常启动投入很难肯定，所以也不安全、可靠。
1.3　生活供水系统
　　2台功率各为11kW的水泵机组安装在生活区的泵房内，从专用生活井里抽水送至宿舍、食堂。生活用水虽不及机组冷却用水重要，如遇电网停电、生活用水中断，会给职工生活带来不便，特别是夏季酷署期间断水，职工更是叫苦不迭。
　　 上述三大供水系统共同存在的问题是可靠性差、耗用电能多，又因分散设立，运行管理极不方便。

2　辅助供水系统技术改造方案的实施

　　针对存在的问题，寻找解决问题的方案，这是进行辅助供水系统技术改造的思路。原冷却水供应系统存在的先天性缺陷，直接影响着电站的社会效益和经济效益的发挥，因此解决这个问题是第一位的，所以在1992年，即着手进行供水系统技术改造的第一步。
2.1　顶盖取水，保证机组冷却水的供应与机组启动旋转的同步
　　龙溪电站水轮机的转轮上冠与座环梳齿迷宫虽然间隙仅0.25mm，但由于水头高、水压大，经过这道间隙，漏入转轮上部和顶盖间的水量不在少数。这就是水轮机的容积损失。为减少这部分漏水对转轮的压力——水轮机的轴向力，故制造时在顶盖上开有排水孔，外接φ50mm的排水管把漏水导入尾水池，只要机组一转动，排水管即有水排出，这股源源不断的水流是否可作为机组冷却的第一水源呢?经分析研究，回答是肯定的。
　　 顶盖排水压力有0.8MPa，而冷却水的额定压力为0.4～0.6MPa，水压偏高，但φ50mm的顶盖排水管接入φ100mm冷却水总管，扩散减压后恰能符合冷却需要；冷却水的设计流量为120m³/h，这个指标裕度较大，实际上只要有100m³/h的流量即可将推力瓦和发电机的废热完全带走，顶盖排水流量可达96m³/h，流量要求基本满足。因此，将顶盖排水管与机组冷却系统总管连接，化很少投资就实现了冷却供水系统的第一步技术改造。
　　顶盖取水的实施，实现了冷却水的供应与机组启动的同步，消除电网无电馈送机组无法启动的致命缺陷，还机组启动灵活、并网快捷的本来优点。但是，当机组解列停机，导水叶完全关闭时，顶盖排水也即消失，然而机组因惯性作用在继续旋转，这时仍需冷却水的供应。为此，必须启动水泵供水，若遇网路无电或水泵故障，冷却水无法供应，推力瓦也将被烧毁。夏季酷署，瓦温偏高也要启动水泵以补充顶盖来水的不足，所以顶盖排水作为冷却水还不能完全解决问题，为此必须实施电站辅助供水技术改造的第二步。
2.2　隧洞取水，彻底解决冷却、消防、生活用水
　　龙溪电站厂房左侧的何印溪，上游虽被龙溪水库拦河大坝截断，但从堆石坝内流出的渗漏水(技术上允许)不间断地向下游流淌，水质清净，流量稳定，在该溪段上，与电站厂房地面相对高程110.00m处筑一蓄水堰坝(堰坝与主坝间有区间集雨面积1.5km²)，拦截主坝渗漏水和区间来水，在堰坝上游左侧掘隧洞，把水引至厂房附近。隧洞直径为2m，长为400m，可储水1200多m³，在隧洞的出口，引出两条输水钢管，φ150mm的一条与冷却和消防总管连接，φ80mm的一条向生活区供水。隧洞引水压力高达1.1MPa，高于0.4～0.6MPa的冷却用水额定压力，为不使冷却器铜管和推力瓦进水皮管因水压力过高而破裂，电站自行设计，利用一只闲置的储气罐制成一套减压安全装置，使隧洞来水压力降至冷却水额定压力，在冷却水总阀关闭时，安全装置能自动开启排水，消除管路内的涌浪现象。
　　 隧洞取水的根本技术意义在于保持了电站辅助供水的连续性和可靠性，顶盖排水作为冷却用水的第一水源，隧洞取水只是作为顶盖来水短期不足的补充，停机时的冷却用水和生活用水。每天从隧洞取用的水量不超过160m³，而堆石坝渗漏水和区间来水平均日水量可超过200m³，丰水期间更是充裕，所以隧洞的存水常年保持盈满状态。
　　隧洞取水的完成，宣告了水泵供水系统的彻底被淘汰，原三大独立、分散的供水系统合为一体，辅助供水系统再无故障之患。

3　辅助供水系统技术改造的效益

　　100%保证了机组启动、运转、停机全过程的冷却用水。
　　隧洞取水与顶盖取水相结合作为辅助供水，取消了水泵供水方式，年可节约厂用电24万kW^．h，此项为电站增加年纯收入10余万元。因水泵取消，节约的维修费也达1.5万元以上。
　　原冷却水供水系统由于可靠性差，推力瓦烧毁现象不可避免，每烧瓦一次，仅修复费用即达5.5万元，还不包括停电造成的损失，若处丰水期间，必造成大量弃水，损失更大，改造后，可根本消除。
　　由于取消了水泵供水方式，再无须投入人力维修、保养，减轻了职工劳动程度。厂房内的噪音明显降低，运行工作环境条件有了改善。
　　常规的电站辅助供水系统的水源设计方案是，高水头电站从尾水池中取水，低水头电站从压力管中取水，改造后的龙溪电站辅助供水的水源来自顶盖排水和自然来水，新拓出常规设计以外的第三、第四水源，投资省，不费厂用电，且安全可靠，是否可作为水电站设计部门今后设计时的借鉴，可以商榷。