水电站机组冷却水系统存在的问题及改进措施

1 水电站机组冷却水系统简介
西霞院水电站装有4 台单机容量为35 MW 的轴流转桨式水轮发电机组。机组冷却水系统由循环供水系统和备用水源系统组成。
循环供水系统分为两个独立的单元，每两台机组合用一个单元。其中，7 号和8 号机组合用一个单元，9 号和10 号机组合用另一个单元。每个单元由1 个循环水池、3 台循环供水水泵、4 组循环水冷却器和1 套控制系统组成。
备用水源系统是一个独立的单元，可以在循环供水系统出现故障的情况下自动投入运行。
2 水电站机组冷却水系统存在的问题及改进措施
2.1 循环供水泵动力电源供给方式不合理
7 号、8 号机组循环供水系统共用的3 台水泵动力电源均取自400 V 厂用电Ⅰ段，9 号、10 号机组循环供水系统共用的3 台水泵动力电源均取自400 V 厂用电Ⅱ段。在这种情况下，如果厂用电Ⅰ段失电，会造成7 号、8 号机组循环供水系统瘫痪，两台机组均无法投入运行。同理，如果厂用电Ⅱ段失电，9 号、10 号两台机组也均无法投入运行。
将同一单元的3 台水泵动力电源分开，即把7号、8 号机组1 ～ 3 号循环供水泵中的2 号泵动力电源从400 V 厂用电Ⅰ段改为Ⅱ段，把9 号、10号机组4 ～ 6 号循环供水泵中的5 号泵动力电源从400 V 厂用电Ⅱ段改为Ⅰ段。
该方案既提高了循环供水系统的可靠性，也提高了机组的投运率。
2.2 示流信号器故障率高
在冷却水进水总管、空冷器冷却水出水管、推力和下导冷却水出水管、主轴密封供水管路上各安装有一个热导式示流信号器。冷却水投入后，示流信号器探测到水流，其内部接点闭合，送出示流信号至监控系统。
在实际运行中，示流信号器经常出现无法正常返回示流信号，导致机组开机失败的故障。经查找原因，发现示流信号器探头上附着一层褐色的固体物质，造成传感器灵敏度下降，无法正确探测水流，故不能正常返回信号。清理示流信号器探头后，经过一段时间，同样问题再次出现。
针对此问题，笔者认为*可以取消示流信号器，用电磁流量计代替示流信号器。电磁流量计工作稳定、故障率低、受水质影响小，而且空冷器冷却水出水管、推力和下导冷却水出水管、主轴密封供水管路上原本就安装有电磁流量计，其流量信号均送至监控系统( 仅作为监视用) 。用电磁流量计的越限报警功能来代替示流信号器的功能，是*可行的。在电磁流量计参数中设定报警值，当冷却水流量高于报警值时，电磁流量计内部接点闭合，送出示流信号至监控系统。该方法只需要从电磁流量计至监控系统盘柜敷设信号电缆，不需要改动其他回路，便于实施。
改造后，*解决了示流信号无法正常返回的问题。
2.3 水冷却效果降低
2.3.1 问题1
循环水的热量交换器放置在河道中，通过与河水进行热交换来降低循环水温度。在夏季，河水温度偏高，循环水的热交换效果不佳，造成循环水温度不能有效降低，水冷却效果降低，直接导致机组轴瓦、定子铁心和定子线圈温度升高。
笔者认为，针对上述情况，可采取以下措施。一是可以增加循环水池内循环水更换的频率，当发现循环水池水温偏高时，可以打开机组冷却水至尾水排水阀排出温度较高的循环水，同时打开循环水池补水阀给水池补充新鲜的冷却水。这种方法简单有效，在实际中也是主要运用该种方法给循环水降温。二是可以改变供水方式，停用循环供水系统，改用备用水源( 坝前水) 对机组进行冷却。由于夏季黄河正处在汛期，河水中泥沙等杂质往往较多，所以一定要在确认水质满足要求的情况下才能投入备用水源。
2.3.2 问题2
由于循环水池的水取自地下水，而西霞院水电站所处位置地下水水质硬度较大，长时间使用容易使管道产生水垢，影响冷却器过流能力，降低冷却器散热效果。另外，热交换器处于尾水水面以下，长期浸没在河水中，造成热交换器表面附着大量的水藻和贝壳类生物，也会影响冷却器的热交换效果。
改进措施: 在循环水池中加入适量水垢清洗剂，通过水的循环流动，对管道内壁的水垢进行清除和冲洗; 对循环水池进行清理，把循环水池底部的泥沙、铁锈等杂质清理干净; 聘请专业水下作业潜水员，每年对热交换器进行一次全面检查，清理热交换器表面附着的水生动植物，保证热交换效率。
2.4 备用水源系统功能不理想
备用水源系统的实际运行效果和设计初衷存在一定差距。在实际运行中，当采取1 台机组运行、投入1 台备用水源供水泵的工作模式时，冷却水压力可达0． 4 MPa ( 正常为0． 1 MPa) 。此时，需要调小供水阀门开度，通过降低水压来保证管路安全。
当采取2 台机组运行、投入1 台备用水源供水泵的工作模式时，又出现冷却水压力偏低、流量不满足的现象，造成机组冷却效果差。基于上述问题，使得备用水源系统几乎处于停用的状态。
笔者认为，可以用变频器对备用水源系统进行改造。在水泵的主电路中加装变频器，并在机组冷却水管路上安装压力传感器，变频器根据管路压力自行调节输出频率，对水泵的转速进行控制，使技术供水压力保持恒定。备用水源供水泵采用变频器后，通过变频器调节水泵转速，使得各台机组冷却水管路压力保持恒定，满足了机组对冷却水的流量和压力要求，有效解决了备用水源系统存在的问题，提高了机组技术供水系统整体性能。
水电站技术供水系统投运后，电厂技术人员对系统的不足之处作了进一步优化，提高了系统的稳定性和可靠性。希望本文所述水电站技术供水系统方案及其优化措施对相关单位有参考借鉴意义。