论述水电站技术供水改造

                  余小平

纵观在运的引水式水电站现况，其中有些电站在最初设计的时候忽略了技术供水的实际情况而导致营运期不能正常发电，这样很大程度降低了设备利用小时数，给发电企业造成不小的直接和间接的经济损失。因此，对水电站技术供水的研究和探讨有不可忽视的重要性，保证可靠、稳定的技术供水是发电设备正常、安全运行的必要条件。在此，结合考察对象对技术供水的改造进行探讨和论述。

一、目前水电站技术供水的方式可以归纳为以下几种：

1、他源供水。技术供水水源不在发电水源取，而取自附近其他水源。这种情况往往是地理环境比较好，地势开阔，可以在适当高程位置修建过滤池，这样技术供水可以从滤水池经滤水器后直接供机组轴承和空冷器以及其他需冷却的设备使用。滤水器在这样的工况下工作压力小，很少堵塞。这种方式简单而效果好，是最理想的方式。

2、尾水取水。这种取水方式简洁，不受外界地理环境影响，但要求水源清洁，泥沙少。同时这种方式厂用电率比较高，不经济。如果有条件，这种取水方式可以进行改造，在合适的地理位置则可以加建滤水池，将尾水进行沉淀处理后利用高差引至滤水器供机组技术供水使用。这是他源取水的一种特殊方式。

3、自源供水。这种方式即在发电水源上取水，附近没有其他水源可以利用，这需要以损失发电水量减少出力为代价。

这种方式当水头不高的时候可以直接在前池或者压力钢管取水。在前池直接取水后在适当高程位置修建滤水池，滤水池可以消减压力，滤渣和沉沙，同时考虑溢水口和冲沙管道，这样处理后的水比较清洁，即使夏季洪水经处理后也不是很浑浊，用于技术供水基本不存在堵塞，相当理想。

另一方式是压力钢管取水，而水头较高在压力钢管上取水则必须考虑两个问题：一是减压，选择好减压阀比较关键；二是滤渣，各种各样的滤水器很难解决这个问题，维护量特别大，在水源来渣比较严重时候，即使采用两台滤水器互为备用也常会出现清洁滤水器堵渣而停机，造成很大经济损失。而当水头较高在150m及以上时，压力钢管取水就会涉及到很复杂的难题，必须多方面考察论证。

4、另外还有一种取水方式是较高水头的混流式机组顶盖排水管取水，这种方式很少使用，这里不做讨论。

二、下面就自源取水方式水头较高情况的技改进行探讨。

1、压力钢管取水的方式

首先肯定，从前池单独安装技术供水管道至厂房是不经济的。普遍是在压力管道进入厂区后的适当位置开孔焊接分支管。成本上两者的差别是不言而喻。但因为压力高，施工工艺要求也高，有时候在现场压力管道开孔也有一定难度，在没比其更好的方式时而采用。在厂区压力管道上取水另一种简便的方法是考虑在压力钢管现成的分支管上取水。比如，这种较高水头主阀一般都设有旁通阀，能在旁通分支管处加一个三通管接头取水，不用在主管道上开孔，可以减小施工难度，工程量也会减少。

2：确定取水支管的大小

这是比较关键也是难点所在。首先取水流量要满足技术供水的需要。我们需要确定在一定水头高度下一定口径管道中水介质的流速和流量。查询了很多资料和相关专家的有关论述，目前没有直接的计算公式，只有根据经验套用相关公式进行近似计算，在这引用舍维列夫公式计算管道比阻s=0.001736/d^5.3，再计算

Q = (H/sL) ^1/2，流速V=4Q /(3.1416d²)。舍维列夫公式是针对旧铸铁管和旧钢管得出的， 在此我们研究对象为高水头，因此忽略管道材料差异的影响。
式中：Q—— 流量，以m³/s为单位； H——管道起端与末端的水头差，以m为单位；L——管道起端至末端的长度，以 m为单位。

通过此公式近似计算与在运电站的技术供水系统数据比较是比较接近的，以下两个是比较对象的计算实例：

雷波三望坡、围子坪电站共用DN100管（取至围子坪），180m水头，取水管长40m，运行中4台机组技术供水有溢水，设计技术供水用量是400m³/h，理论计算如下：

s=0.001736/d^5.3

s=0.001736/0.1^5.3=0.001736÷（0.1⁵×0.1^0.3）=346.376

Q = (H/sL) ^1/2=(180/346.376˙40) ^1/2=0.11401m³/s=410.4m³/h

V=4Q /(3.1416d²)=4˙0.1140/(3.1416˙0.1²)=14.52m/s

计算结果与实际情况吻合，是可行的。

雷波乐都一级电站，水头486m，DN40管，机组冷却水400m³/h，取水管长45m，有溢水，设计技术供水用量是 40 m³/h,理论计算如下：

s=0.001736/0.04^5.3=0.001736÷（0.04⁵×0.04^0.3）=44513

Q = (H/sL) ^1/2=(486/44513˙45) ^1/2=0.01558m³/s=56.075m³/h

V=4Q /(3.1416d²)=4˙0.03657/(3.1416˙0.032²)=45.47m/s

计算结果也与使用情况吻合，可行。

再以正在设计中的凉山州金阳县仓房电站技术供水的技改为例：为了使用现在主阀的旁通阀管路（DN80），取水管道也使用DN80管，进行论证计算。实际水头230m，取水管路至水池长度三台机组分别为20m、30m、40m，按最近和最远距离取水进行理论计算如下：

s=0.001736/0.08^5.3=0.001736÷（0.08⁵×0.08^0.3）=1130

1）.  Q = (H/sL) ^1/2=(230/1130˙20) ^1/2=0.10088m³/s=363.172m³/h

V=4Q /(3.1416d²)=4˙0.10088/(3.1416˙0.08²)=20.069m/s

2）.   Q = (H/sL) ^1/2=(230/1130˙40) ^1/2=0.07133m³/s=256.801m³/h

V=4Q /(3.1416d²)=4˙0.07133/(3.1416˙0.08²)=14.191m/s

此电站三台机组设计技术供水总流量为3×67 m³/h，总流量为201 m³/h，即采用旁通DN80分支管取用技术供水皆能满足要求，选择比较经济的取水机台。

如果需要在压力钢管上开孔取水，如何确定取水管径大小？我们通过设计图纸查到技术供水总流量，水头是已知的，取水管路长度可以实测，这样就可以算出技改需要采用的管道大小。即：

d=（0.001736QL/H）^1/5.3

3：减压方式

在实际工作中，很多电站采用逐级放大管径来减小压力取得了较好的效果，一般可以采取3—5级放大，每一级放大最好有一定距离，避免水流啸叫声音过大。

另一种是直接采用减压阀，在其前端加过滤器，后端加流量调节阀，这样不用变径管道，施工简单，但要选择好产品，保证质量可靠。

4：流量调节

     取水流量是按照装机使用的总流量来设计的，并且计算值和实际管径不是刚好一一对应，总装机组也不是一直最大运行方式运行，这就必须要考虑流量调节的问题，特别是在水头较高时流量的节省是不可忽视的。如果电站是三台机组，那么在最小运行方式时，有两台机组技术供水流量需要调接，这可以采用流量调节阀来完成调节任务。

5：滤水池的设计

首先要确定技术供水使用流量m³/h，以此确定水池的尺寸数据，以每小时流量数折半规划水池容量即可。再根据技术供水要求的最高压力确定水池高度，粗略计算按1kg/10m,考虑一定水力损失，水池实际高度要略大于计算值。水池要考虑沉沙，方便冲沙排污，考虑溢水排放。沉沙可以采用在池内做一道或两道开口回旋式挡墙，使水池内的水迂回流出，便于沉沙，这在实际使用中也证明有很好的效果。

6：管道选用

取水管道，根据相关资料查找并计算压力值下的管道壁厚。

                      PD 

d =   ────── + C      

200［σ］φ+p           

    或        P=2˙【σ】˙Q˙[S -（s1+s2+s3）]

式中d—管璧厚度(毫米)； P—管内介质工怍压力(公斤/厘米²)；在压力不高时，式中分母的p值可取p=0，以简化计算；   D—管子外径(毫米)； φ——焊缝系数，无缝钢管φ=1，直缝焊接钢管φ=0.8，螺旋缝焊接钢管φ=0.6；   ［σ］——管材的许用应力(公斤/毫米²)，管材在各种温度下的许用应力值可查表；   C—管子壁厚附加量(毫米)。  

7：经济性比较

    选择好几个方案后需要进行经济性比较。一方面是技改方案之间进行比较，二是技改方案和现运行方式的比较。主要考虑几个方面因素。一是现在运行方式正常运行的耗电量；二是现在运行方式故障时造成全年发电量的损失；三是维护成本。这三个因素和新方案的投资及流量水头损失进行比较，选择经济性好的运行方式。