一种提高水电站技术供水可靠性的系统及方法与流程

本发明属于水电站技术供水系统领域，具体涉及一种可以提高水电站技术供水可靠性的系统及方法，能够解决开式系统可能造成的冷却设备堵塞问题，同时可以消除堵塞问题转移现象。

背景技术：

水电站通过将高位水源引入厂房推动水轮发电机进行发电，然后将水排至低位尾水隧洞中，是一种清洁能源发电技术。至2017年底，我国水电装机3.41亿千瓦，约占全部电力装机的19.2％，2017年水电发电量11945亿千瓦时，约占全部发电量的18.5％。水电站技术供水系统的主要作用是冷却机组配套的各种机电设备，主要包括发电机空气冷却器、发电机推力轴承和导轴承、水轮机导轴承、主变压器等，从而保障其安全稳定运行。

水电站一般建设在地势落差较大的山地、河流区域，其技术供水系统的水源一般为用于发电的自然水，根据电站水质条件的不同，采用的冷却方式可以分为开式系统和闭式系统。当河流水质条件较好时，经常采用开式系统，即从引水隧洞取水经过一定过滤处理后直接用于设备冷却，或取水后先通往沉沙池进行沉淀然后用于设备冷却，该系统设备较少、运行成本低；当河流水质条件比较差时，譬如泥沙和白色污染较多(尤其是在汛期)，为防止冷却设备堵塞、保证机组正常发电，可采用闭式系统，即冷却水通过循环泵、散热器、稳压水箱等设备构成闭合回路，河水不直接与冷却设备接触，该系统设备较多、运行成本高，并且对空间位置有特殊的要求。

授权专利cn206591566u提出了一种水电站开闭式结合的技术供水系统，该专利可以在水质随季节变化时切换运行方式，但是换热器的堵塞问题并没有得到根本解决，只是由冷却设备转移至了外置换热器。授权专利cn207652235提出了一种串并联运行的技术供水系统，主要目的是节约整体冷却水用量。授权专利cn102518094a提出了一种多泥沙河流水电站水轮发电机组技术供水系统，该方法要求配备地下水源泵站，在水质较差时利用地下水对设备进行冷却。

国内很多已建成的水电站都采用了开式技术供水系统，为降低冷却水中的泥沙和白色污染含量，一般会在水电站高位处设置沉沙池。随着时间积累以及上游河流污染加重，经过沉沙池的冷却水仍然会造成冷却设备堵塞，同时沉沙池的打捞清扫工作十分频繁，增加了系统的维护难度。现有的升级改造思路是将开式系统改造为闭式系统，其中将闭式系统的散热器置于尾水隧洞之中，但是对于已建成的电站，需要对本体混凝土结构进行开挖，施工风险较大；此外可能会造成系统与尾水隧洞的连接处漏水，并且散热器只能在机组大修时才能进行维护，一旦散热器出现问题将造成机组停机。

技术实现要素：

为解决由于水中泥沙、漂浮物过多造成冷却设备堵塞的问题，本发明的目的在于提供一种提高水电站技术供水系统可靠性的系统及方法，该系统方法消除了闭式冷却系统中可能出现的堵塞问题转移现象，与将外置换热器置于尾水隧道中相比，极大的降低了施工风险和维护难度，该方法充分利用水电站原有设备基础，具有施工难度小、投资成本低、维护方便的优势。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高水电站技术供水可靠性的系统，包括由稳压水池1、循环水泵2、第一阀门3、冷却设备4、第二阀门5和开式换热器6组成的闭式冷却系统，由引水隧道17、压力钢管取水阀门7、滤水器8、第三阀门9、喷淋装置10、沉沙池11、稳压水池1、第五阀门14、冷却设备4、第六阀门15和排水装置13组成的开式冷却系统，以及由压力钢管取水阀门7、滤水器8、第三阀门9、喷淋装置10、开式换热器6、沉沙池11、第四阀门12和排水装置13组成的散热系统；

稳压水池1出水口分两路，一路通过循环水泵2和第一阀门3连通冷却设备4进水口，另一路通过第五阀门14连通冷却设备4进水口，冷却设备4出水口分两路，一路通过第二阀门5连通开式换热器6，另一路通过第六阀门15后再分为两支路，一支路直接连通排水装置13入口，另一支路通过第四阀门12连通沉沙池11出水口，沉沙池11设置在开式换热器6底部，稳压水池1接触沉沙池11设置，沉沙池11中的河水能够溢流至稳压水池1，开式换热器6出口与稳压水池1相连；引水隧道17与滤水器8之间设有压力钢管取水阀门7，滤水器8出口分两路，一路通过第七阀门16连通冷却设备4进水口，另一路通过第三阀门9连通喷淋装置10，喷淋装置10设置在开式换热器6顶部，经过喷淋装置10的水直接与开式换热器6外侧接触，随后流入沉沙池11，沉沙池11与排水装置13之间设有第四阀门12。

所述的提高水电站技术供水可靠性的系统的工作方法，包括如下三个工作模式；

工作模式一：当水中含有少量的泥沙和漂浮物时，利用滤水器8和沉沙池11基本可以使处理后的水质满足冷却要求，此时关闭第七阀门16、第一阀门3、第二阀门5和第四阀门12，开启压力钢管取水阀门7、第三阀门9、第五阀门14和第六阀门15；通过引水隧道17来的水经过压力钢管取水阀门7进入滤水器8进行初次过滤，再经第三阀门9、喷淋装置10进入沉沙池11，沉降后的水溢流至稳压水池1，经第五阀门14进入冷却设备4，随后经第六阀门15流入排水装置13；在该模式下，河水经过滤和沉降后直接对冷却设备4进行冷却，随后河水排至尾水之中，是水电站开式冷却系统常用的工作模式；

如果水中泥沙、漂浮物含量进一步增多时，经过沉沙池沉降后的河水仍然会含有较多泥沙和漂浮物，会造成换热器堵塞、设备损坏，同时沉沙池的打捞清扫工作也十分频繁，此时应开启工作模式二；

工作模式二：开启压力钢管取水阀门7、第三阀门9、第四阀门12、第一阀门3和第二阀门5，关闭第七阀门16、第五阀门14和第六阀门15；从引水隧道17来的河水经压力钢管取水阀门7进入滤水器8进行初次过滤，经第三阀门9进入喷淋装置10，随后喷洒至开式换热器6外表面对其内的清洁水进行冷却，河水随后进入沉沙池11再经第四阀门12进入排水装置13，沉沙池11此时起到储存、缓冲的作用，该过程是散热过程；在该模式下，稳压水池1内是不含泥沙、漂浮物的清洁水，清洁水由井水或自来水提供，清洁水与从引水隧道17来的河水不直接接触，清洁水通过循环泵2加压后经第一阀门3进入冷却设备4，升温后的清洁水再经第二阀门5进入开式换热器6内进行散热，降温后的清洁水再重新回到稳压水池1构成闭合循环过程，该过程是闭式冷却过程；闭式冷却过程中冷却设备4不断释放热量，该热量由散热过程通过开式换热器6不断带走；由于开式换热器6的换热管外无壳侧结构，即使从引水隧道17来的水中含有大量泥沙和漂浮物，也不会造成开式换热器6堵塞；工作模式二利用清洁水直接与冷却设备4接触，同时将开式换热器6和沉沙池11有效结合起来，在解决冷却设备4堵塞问题的同时也消除了堵塞问题转移至外置换热器的现象；

工作模式三：该工作模式是一种保护备用模式，当工作模式一和工作模式二出现故障时，冷却设备4会由于缺少冷却水而损坏时启用，或水中不含泥沙和漂浮物时采用；此时开启压力钢管取水阀门7、第七阀门16和第六阀门15，关闭第三阀门9、第一阀门3、第五阀门14、第二阀门5和第四阀门12，通过引水隧道17来的水经压力钢管取水阀门7、滤水器8和第七阀门16直接通往冷却设备4，然后通过第六阀门15进入排水装置13。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

本发明可以根据水质不同切换工作模式，即使河水的水质较差，仍然可以为水轮机的导轴承、推力轴承、空气冷却器、变压器等提供可靠的冷却功能；与将外置换热器放在尾水隧洞中的改造方法相比，能够避免对水电站本体混凝土结构进行开挖，并且可以随时检修，降低了施工难度和运行风险。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

图中：

1-稳压水池2-循环水泵3-第一阀门4-冷却设备

5-第二阀门6-开式换热器7-压力钢管取水阀门8-滤水器

9-第三阀门10-喷淋装置11-沉沙池

12-第四阀门13-排水装置14-第五阀门15-第六阀门

16-第七阀门17-引水隧道18-引水蝶阀19-水轮发电机

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，通过引水隧道17将河水由上游水库导流至引水蝶阀18，河水随后推动水轮发电机19发电，过程中技术供水系统必须持续对发电机组的转动部件进行冷却。本发明一种提高水电站技术供水可靠性的系统，包括由稳压水池1、循环水泵2、第一阀门3、冷却设备4、第二阀门5和开式换热器6组成的闭式冷却系统，由引水隧道17、压力钢管取水阀门7、滤水器8、第三阀门9、喷淋装置10、沉沙池11、稳压水池1、第五阀门14、冷却设备4、第六阀门15和排水装置13组成的开式冷却系统，以及由压力钢管取水阀门7、滤水器8、第三阀门9、喷淋装置10、开式换热器6、沉沙池11、第四阀门12和排水装置13组成的散热系统；具体连接关系为：稳压水池1出水口分两路，一路通过循环水泵2和第一阀门3连通冷却设备4进水口，另一路通过第五阀门14连通冷却设备4进水口，冷却设备4出水口分两路，一路通过第二阀门5连通开式换热器6，另一路通过第六阀门15后再分为两支路，一支路直接连通排水装置13入口，另一支路通过第四阀门12连通沉沙池11出水口，沉沙池11设置在开式换热器6底部，稳压水池1接触沉沙池11设置，沉沙池11中的河水能够溢流至稳压水池1，开式换热器6出口与稳压水池1相连；引水隧道17与滤水器8之间设有压力钢管取水阀门7，滤水器8出口分两路，一路通过第七阀门16连通冷却设备4进水口，另一路通过第三阀门9连通喷淋装置10，喷淋装置10设置在开式换热器6顶部，经过喷淋装置10的水直接与开式换热器6外侧接触，随后流入沉沙池11，沉沙池11与排水装置13之间设有第四阀门12。

工作模式一：当水中含有少量的泥沙和漂浮物时，利用滤水器8和沉沙池11基本可以使处理后的水质满足冷却要求，此时关闭第七阀门16、第一阀门3、第二阀门5和第四阀门12，开启压力钢管取水阀门7、第三阀门9、第五阀门14和第六阀门15；通过引水隧道17来的水经过压力钢管取水阀门7进入滤水器8进行初次过滤，再经第三阀门9、喷淋装置10进入沉沙池11，沉降后的水溢流至稳压水池1，经第五阀门14进入冷却设备4，随后经第六阀门15流入排水装置13；在该模式下，河水经过滤和沉降后直接对冷却设备4进行冷却，随后河水排至尾水之中，是水电站开式冷却系统常用的工作模式。

如果水中泥沙、漂浮物含量进一步增多时，经过沉沙池沉降后的河水仍然会含有较多泥沙和漂浮物，会造成换热器堵塞、设备损坏，同时沉沙池的打捞清扫工作也十分频繁，此时应开启工作模式二。

工作模式二：开启压力钢管取水阀门7、第三阀门9、第四阀门12、第一阀门3和第二阀门5，关闭第七阀门16、第五阀门14和第六阀门15；从引水隧道17来的河水经压力钢管取水阀门7进入滤水器8进行初次过滤，经第三阀门9进入喷淋装置10，随后喷洒至开式换热器6外表面对其内的清洁水进行冷却，河水随后进入沉沙池11再经第四阀门12进入排水装置13，沉沙池11此时起到储存、缓冲的作用，该过程是散热过程；在该模式下，稳压水池1内是不含泥沙、漂浮物的清洁水，清洁水可由井水或自来水等清洁水源提供，清洁水与从引水隧道17来的河水不直接接触，清洁水通过循环泵2加压后经第一阀门3进入冷却设备4，升温后的清洁水再经第二阀门5进入开式换热器6内进行散热，降温后的清洁水再重新回到稳压水池1构成闭合循环过程，该过程是闭式冷却过程。闭式冷却过程中冷却设备4不断释放热量，该热量由散热过程通过开式换热器6不断带走。由于开式换热器6的换热管外无壳侧结构，即使从引水隧道17来的水中含有大量泥沙和漂浮物，也不会造成开式换热器6堵塞。工作模式二利用清洁水直接与冷却设备4接触，同时将开式换热器6和沉沙池11有效结合了起来，在解决冷却设备4堵塞问题的同时也消除了堵塞问题转移至外置换热器的现象。

工作模式三：该工作模式是一种保护备用模式，当工作模式一和工作模式二出现故障时，冷却设备4会由于缺少冷却水而损坏时启用，或水中不含泥沙和漂浮物时采用；此时开启压力钢管取水阀门7、第七阀门16和第六阀门15，关闭第三阀门9、第一阀门3、第五阀门14、第二阀门5和第四阀门12，通过引水隧道17来的水经压力钢管取水阀门7、滤水器8和第七阀门16直接通往冷却设备4，然后通过第六阀门15进入排水装置13，排水装置13通常与尾水隧洞相连。一般情况下，第七阀门16是常闭阀门，当其它运行模式出现故障时，冷却设备4可能会由于缺少冷却水而损坏，此时紧急开启第七阀门16，可在短时间内为冷却设备4提供一定量的冷却水，为事故处理争取时间。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。