水电站水系统

技术供水系统

一 技术供水的作用及要求

1. 技术供水的作用

水电站的供水包括：技术供水、消防供水和生活供水。本节主要讨论技术供水。 技术供水又称生产供水，其主要作用是对运行设备进行冷却，有时也用来进行润滑（如主轴密封润滑用水、水轮机橡胶瓦导轴承）及水压操作（如射流泵、高水头电站用的主阀）。

需要技术供水进行冷却的设备有以下几个方面：

（1）发电机的冷却——发电机空气冷却器。发电机运行时将产生电磁损失及机械损失，这些损耗会转化为热量。这些热量如不及时散发出去，不但会降低发电机的效率和出力，而且还会因局部过热破坏线圈绝缘，影响使用寿命，甚至引起事故。因此，运转中的发电机必须加以冷却。水轮发电机大多采用空气作为冷却介质，用流动的空气带走发电机产生的热量。除小型发电机可采用开敞式或管道式通风外，大中型发电机普遍采用密闭式通风，即发电机周围被封闭着一定体积的空气，利用发电机转子上装设的风扇（有的不带风扇，利用轮辐的风扇作用），强迫空气通过转子线圈，再经定子的通风沟排出。吸收了热量的热空气再经设置在发电机定子外围的空气冷却器，将热量传给冷却器中的冷却水并带走，然后冷空气又重新进入发电机内循环工作。空气冷却器的冷却效果对发电机的出力及效率有很大影响：当进风温度为35°时，发电机允许发出额定出力；当进风温度较低时，发电机的效率较高，允许出力可提高；当进风温度升高时发电机的效率显著下降，允许出力降低。

（2）发电机推力轴承及导轴承油的冷却——油冷却器。机组运行时轴承处产生的机械摩擦损失，以热能形式聚积在轴承中。由于轴承是浸在透平油中的，油温高将影响轴承寿命及机组安全，并加速油的劣化。因此，应将油加以冷却并带走热量。轴承油槽内油的冷却方式有两种：一种是内部冷却，即将冷却器浸在油槽内；另一种是外部冷却，即将润滑油用油泵抽到外面的专用油槽内，再利用冷却器进行冷却。无论哪种方式，都要通过冷却器的冷却水将热量带走。还有的将冷却水直接通入导轴承瓦背进行冷却，这样可以提高冷却效果，但制造及安装质量要求比较严格。

（3）水冷式变压器油的冷却。由于水冷却器具有良好的冷却效果和较低的运行成本，所以容量较大的变压器通常用内部水冷却和外部水冷却的冷却方式。内部水冷式变压器，其冷却器装在变压器的绝缘油箱内，而外部水冷式（即强迫油循环水冷式），是利用油泵将变压器油箱内的油送至特殊的且浸入冷却水中的油冷却器进行冷却，这种方式提高了散热能力，使变压器尺寸缩小，便于布置。为防止冷却水

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进入变压器油中，应使冷却器中的油压大于水压0.15～0.7MPa。

（4）水冷式空压机的冷却。空气被压缩时，将产生大量的热。为了降低气温，提高效率，防止气缸内活塞产生积炭及润滑油分解，通常在气缸体及气缸盖周围包上水套，通入冷却水以带走热量。在两级或多级压缩时，空气经第一级压缩后，要用中间冷却器进行冷却，然后再进人第二级气缸做第二次压缩。

（5）其它冷却。如油压装置回油箱、贯流式机组顶起油箱等有时也设置冷却器，以带走回油在工作中因磨擦阻力而产生的热量；有些变压器直接以水淋的方式散热等。

有的水轮机导轴承采用橡胶轴瓦，需要用清洁水来润滑。此外，集水井深井泵的导轴承也是橡胶轴瓦的，同样需要清洁水润滑。

水头较高的电站，有的用高压水来操作主阀及其它液压阀，这样可以节省油压设备或使油系统简化（应注意工作部件的防锈防蚀问题）。此外，射流泵的工作也是靠技术供水来传递能量的。除上述各项外，水轮机主轴工作密封普遍用水压起作用。

2. 用水设备对技术供水的要求

各种用水设备对供水的水量、水压、水质、水温均有一定的要求，其总的原则是：水量足够、水压合适、水质良好、水温适宜。现分述如下： （1）水量。用水设备对供水水量的要求，一般由设计院经设计计算后提出。

根据我国已运行的大中型水电站机电设备用水情况分析，水量分配比例大致为：发电机空气冷却器为70％，推力与导轴承的油冷却器为10％，水轮机导轴承（水润滑）为5％，水冷式变压器为6％，其余用水设备：1％。所以，发电机的用水对电站技术供水系统的规模起着决定性的作用。因此，常用发电机的用水量来代替总用水量。粗略估算时，可由图1查取。

对于不设发电机空气冷却器的小

图1 水轮发电机容量与总冷却水量关系曲线 型机组水电站，其用水量最大的设备是机组推力轴承油箱中的油冷却器，由此可见，水电站发电机的用水对技术供水系统的规模起着决定性的作用。

（2）水压。①进入机组轴承冷却器的冷却水，应有一定的水压，以保持必要的流速和所需的流量。机组各轴承冷却器进口水压受强度限制，一般不超过0.25MPa，如有特殊需要，可提高水压。在满足冷却器水量的前提下，进口水压的下限取决于冷

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却器内部压降及排水管路水头损失。②水冷式变压器如果发生水管破裂（内部冷却）或热交换器破裂（强迫油循环外部冷却），就会使油水渗合，危及变压器安全运行。因此，对水压要求较严。通常，制造厂要求冷却器进口处水压不超过0.05MPa，油压必须大于水压0.08MPa。这样，冷却水管破裂时，只能使油进入水中，而水不能进入油内。③水冷式空压机的供水水压一般为0.15～0.3MPa。

（3）对水质的要求。水电站用水设备对水质有一定要求。水电站的技术供水，不论是取自河水或是地下水，对水质的要求可按以下标准掌握：①要求水中不含悬浮物（如杂草、碎木等），以免堵塞冷却器等设备。②泥沙含量应尽量少。③为避免形成水垢，冷却水应是软水（水的硬度是指溶解在水中的钙盐与镁盐含量的多少，钙镁

离子的总合相当于10毫克氯化钙称之为1“度”，8度以下为软水，8～16度为中水，16度以上为硬水，30度以上为极硬水）。硬度大的水易形成水垢和析出物易腐蚀金属，降低

传热性能和水管的过水能力并难以清除。④为了防止管道与用水设备的腐蚀，要求水的酸碱度pH值为中性（pH=7），水的pH过大或过小都会腐蚀金属，产生沉淀物堵塞管道。大多数的天然水的pH值为7～8。⑤水中力求不含有机物、水生物及微生物。⑥水中应不含油分。总之，应以管道的腐蚀、结垢和堵塞等来检查水质。此外，水导轴承密封润滑水的水质要求为：含沙量及悬浮物必须控制在0.lg/L以下，泥沙粒径应小于0.0lmm；润滑水中不允许含有油脂及其它对轴承和主轴有腐蚀性的杂质。

（4）水温。供水水温是供水系统设计中的一个重要条件，一般按夏季经常出现的最高水温考虑。水温与水源、取水深度及当地气温等因素有关。制造厂通常以25℃（进水温度）作为设计依据。水温超过25℃的地区，制造厂需另设计特殊的冷却器。水温对冷却器的影响很大，由于进水温度增高，冷却器金属的消耗增加。冷却水温过低也是不适宜的，这会使冷却器黄铜管外凝结水珠。一般要求进口处水温不低于4℃，冷却器进出口水的温差不能太大，一般要求保持2℃～4℃，避免沿管长方向因温度变化太大而造成裂缝。 二 技术供水的水源及供水方式

1. 水源选择的原则

技术供水水源的选择非常重要，在技术上必须考虑水电站的型式、机组设备的布置、电站的水头等因素；满足用水设备所需的水量、水压、水质和水温的要求，力求取水可靠、水量充足、水温适宜、水质符合要求，以保证机组安全运行，整个供水系统管路简单且操作维护方便；在经济上还必须考虑投资和运行费用最省。如果选择不当,不仅可能增加投资，还可能给电站以后的运行和维护增加困难。因此，应根据电站具体情况，进行详细的分析论证，从所有可能的方案中，选出技术先进，运行维护方便可靠、经济合理的方案。

技术供水系统除主水源外，还应有可靠的备用水源，防止因供水中断而停机。对水轮机导轴承的润滑水和推力瓦的冷却水，要求备用水能自动投入，否则，若供

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水稍有中断，轴瓦就有被烧毁的可能。一般情况下，均采用水电站所在的河流（电站上游水库或下游尾水）作为供水系统的主水源和备用水源，只有在河水不能满足用水设备的要求时，才考虑其它水源（例如地下水源）作为主水源、补充水源或备用水源。

2. 水源种类

一般可作为技术供水水源的有：河流水源和地下水源。河流水源又可分为上游水库和下游尾水。

（1）上游水库作水源。上游水库，是一个丰富的水源。从水质方面看，水库调节容量越大，水就越深。水中除含有一些悬浮的落枝、飘草等需要进水口拦污栅和管路中滤水器加以清除的杂质外，平时泥沙含量不多，不致于阻塞部件；从水温方面着，上游水库的底层水温比自然径流或低坝浅库的水温要低，有利于提高冷却效果。取水位置有以下几种：①压力钢管取水或蜗壳取水，如图2。此种取水位置的优点是引水管道短，投资较省，管道阀门等可以集中布置，便于操作。压力钢管取水一般是从进水阀（如有的话）的前面取水。取水口的位置最好布置在钢管或蜗壳断面的两侧，一般在45°方向上，避免布置在底部和顶部，因为取水口布置在顶部易被悬浮物堵塞，如布置在底部又容易积存泥沙。②坝前取水，如图3。直接从坝前取水的优点是：取水口可以设置数个，装设在不同的高程上，随着上游水位的变化，可以选择合适的水温及水质（含砂量和杂质少）；某个引水口遭到堵塞或损坏时，不致影响技术供水；在机组及供水系统检修情况下，供水仍不中断，供水可靠性较高；当河流水质较差时，便于布置水处理设备。其缺点是引水管道长，特别当电站进水口距厂房较远时此缺点尤其突出。所以这种取水方式一般在河床式、坝内式和坝后式电站用得较多。由于坝前取水方式水源可靠，常用它作为备用水源。为了防止水库悬浮物进入管道以及便于取水口的选择使用，一般坝前取水口处均装设拦污栅和小型闸门。

图2压力钢管和蜗壳取水 图3 坝前取水 1-压力钢管（或蜗壳）；2-取水口；3-滤水器 1-上游水库；2-取水口；3-取水口阀门；4-滤水器 （2）下游尾水作水源。如果上游水库形成的水头过高或过低，常用下游尾水作水源，通过水泵将水送到用水部件。自下游尾水取水时，要注意取水口不要设置在

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