亭子口水电站技术供水系统优化改造

2017-04-07

四川水利 2017年6期

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

亭子口水电站技术供水系统优化改造

宋久铭

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

本文简要介绍亭子口水电站技术供水系统设计流程。针对机组投产后运行实践发现的缺陷和不足，实施了技术供水增设主变备用冷却水环管及控制流程优化。优化改造后的技术供水系统流程简单清晰、运行稳定可靠，极大方便了运行人员监视控制及维护人员日常维护，提高了设备运行的稳定性和可靠性。

亭子口水电站技术供水控制逻辑优化改造

亭子口水电站位于四川省广元市苍溪县境内，下距苍溪县城约15km，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，以防洪、城乡供水及灌溉、发电为主，兼顾航运并具有拦沙减淤等其它综合利用工程。枢纽装设4台单机额定为275MW的水轮发电机组，以500kV电压等级接入四川电网。本文主要介绍亭子口机组投产后，专业人员对技术供水系统的优化改造。

1 技术供水系统概况

亭子口水电站工程技术供水系统主要为机组各轴承冷却器、空气冷却器、主轴密封、主变冷却器、空调、消防等提供冷却和润滑水源。技术供水系统采用蜗壳取水减压供水为主供水，相邻机组蜗壳取水为备用供水，1号、2号机为一组；3号、4号机为一组。两台机组取水管道用电动阀门相互连通，互为备用。全厂技术供水设有一条消防水供水总管(其水源分别取自1号、3号机组和上游消防供水池)，其分别与每台机组的主轴密封供水连通，正常运行主轴密封水源来自机组供水总管，厂内消防供水总管为备用水源，当机组出现技术供水故障时，主轴密封供水由备用水管向机组主轴密封供水。

2 技术供水系统原运行方式及控制逻辑

2.1 机组技术供水

当机组供水收到上位机开机令时，首先判断机组技术供水所有电动阀门无故障告警及闭锁信号。自动开启减压阀前进水管上的电动阀门DF9或DF10。减压阀(DT3、DT4)根据进、出水管路整定好的压力及流量值进行自动调节。当压力或流量低于某整定值时，监控系统发出报警信号，减压阀将进行主备自动切换，自动开启另外一路减压阀前进水电动阀并关闭第一次开启的电动阀，每次开机自动选择上一次备用减压阀作为主用开启。

2.2 滤水器

机组技术供水系统有两台滤水器(DT1、DT2)，正常运行时一台工作一台备用。通过开关滤水器前后电动阀控制滤水器工作。当工作滤水器故障或者工作滤水器前后压力小于整定时，自动切换至备用滤水器运行。工作滤水器与备用滤水器需根据设定时间自动定期切换。

2.3 蜗壳取水口主备切换

1、2号机为一组；3、4号机为一组。两台机组取水管道用电动阀门(DF1)相互连通，蜗壳取水总管压力低于设定值且相邻机组压力取水总管压力高于设定时，电动阀门DF1自动开启。

2.4 主变供水

主变冷却水源取自机组滤水器后端，经过减压阀减压后供至主变冷却器前端四通阀，再由四通阀后管路分配给四台冷却器。主变供水回路由两路减压阀组成，正常运行一主一备，通过开关减压阀前电动阀控制冷却水投退。当主用回路压力、流量异常时可自动切换至备用回路。根据设定时间定期进行正反向供水切换。

3 存在的主要问题

(1)机组技术供水开启前需判断所有电动阀门、滤水器及减压阀无故障且无闭锁。实际运行过程中个别阀门行程接点不到位，开度指示异常时技术供水无法开启，严重影响开机速度。

(2)机组技术供水运行时，如主用回路压力或流量异常，技术供水控制系统会自动开启备用供水回路同时关闭主用回路，实际运行过程中，出现过仅仅因为流量计不稳定启动了主备用切换流程，切换过程中主用回路已自动关闭但备用回路故障未开启，造成运行中的机组冷却水中断。

(3)相邻机组互为备用不可靠，机组运行中如果投入了相邻机组备用水源，可能导致本机技术供水压力流量不足，不能满足机组正常运行时冷水需求。机组检修时如果误投备用水源或联络阀关闭不严，可能导致检修机组蜗壳误充水，存在较大的安全隐患。

(4)技术供水水源来自于蜗壳取水，单机单用，无法互为备用，当机组需要排空压力钢管水消缺或小修时，主变冷却水将失去水源，需要将主变从系统中退出运行。亭子口枢纽的主接线为发电机变压器联合单元角形接线，单元中另一台主变也应同时退出运行；一台主变送电前也需将单元中另一台主变临时退出运行，再同时冲击两台主变受电，这样既增加了倒闸操作的次数，又增加了主变的受电冲击次数。

(5)技术供水系统自动切换设计不合理，机组运行时进行正反向切换存在断水风险。滤水器自动切换时，关闭主用滤水器和开启备用滤水器同步进行，滤水器切换过程中曾发生过备用滤水器未打开而主用滤水器已关闭的故障，造成主变冷却水中断两台主变非计划停运的故障。主变两路减压阀自动切换过程中同样存在主用回路已关闭而备用水源未投入的可能，威胁主变稳定运行。

(6)机组技术供水停运时电动阀关闭较快造成管路“水锤效应”明显，管路振动较大，运行一段时间后，技术供水系统主管路各连接法兰面连接螺栓有松动情况，2号机组技术供水主管路法兰面甚至出现过贯穿性裂纹。

(7)机组技术供水设置反向通水不合理。根据控制逻辑，机组技术供水设置定时反向通水，防止管路堵塞。然而机组空冷器冷却水管路的阀门均为单向通水阀门，不支持长期反向通水运行。

(8)机组技术供水控制系统动力电源虽有双路400V电源,但未配置双电源切换装置。两路动力电源分别供给不同的两路电动阀，若机组自用电某一段未能正常送电时，会存在同时有2台机组的技术供水电动阀部分失电，无法实现技术供水系统的远方或现地自动控制，在水流中断时无法投入备用水源，会造成机组“非停”或开机失败的重大安全隐患。

4 技术供水系统优化方案及实施

(1)对技术供水触摸屏画面增加“技术供水状态”指示灯，当技术供水PLC收到开机令后指示灯会一直闪烁技术供水处于运行状态，接收到停机令后熄灭；在机组非正常停机或开机不成功等原因造成技术供水开启后，未接收到停机令而技术供水处于运行时，需在触摸屏阀门单控画面点击“停机令”进行技术供水正常停运。

(2)主备用供水切换时(机组供水及主变供水)，先打开备用供水回路，在监测到备用供水阀门全开+压力、流量满足后方可关闭主用供水回路。取消相邻机组相互备用自动投入的逻辑，保留相邻机组蜗壳取水联络阀，特殊情况下可手动操作进行机组技术供水水源切换。避免自动进行备用水源切换可能导致的人身及设备危害。

(3)机组运行时，当主用水源压力低和流量低同时满足情况下，能自动切换至备用水源，切换的过程中，先开备用水源，待备用水源开启正常后再关闭主用水源。项目实施后，消除了因单个传感器跳变或故障引起的主备切换；消除了备用水源未全部打开的情况下主用水源先关闭的现象；同时为了防止电动阀故障或开关不到位造成主备用水源频繁切换，运行过程中仅允许主备切换一次，提高了设备运行的可靠性。

(4)针对机组供水、主变供水、正反冲、四通阀正反冲自动定期轮换逻辑设计复杂，条件判断不合理，且相互之间存在联动关系，取消技术供水包括汛期和非汛期两种控制方式，为了达到机组主备用水源的平均合理利用，根据机组自动开停机次数自动进行轮换。将机组正反向供水切换条件修改为机组停机时方可操作，仅作为进行机组正反向切换定期工作时使用，机组运行时屏蔽相关功能。主变主备用供水因为不存在频繁启停，其控制方式由运行人员根据实际需要在触摸屏上进行人为操作。

(5)将机组技术供水停运时先关闭减压阀前电动阀修改为先关闭减压阀，减压阀全关后再关闭电动阀。机组开机时先开启电动阀，再开启减压阀。通过调整减压阀关闭时间，减少“水锤效应”对管路的冲击。

(6)增设主变备用冷却水环管，分别将四台主变技术供水减压阀前端管路串联在一起，从而使得四台主变冷却水通过备用环管管路阀门串联在一起。任意一台机组压力钢管排水时，可以由其它机组供主变冷却水而不需要停运主变，减少了倒闸操作及主变冲击合闸次数，提升了设备的稳定性和可靠性。

(7)将机组主备用滤水器清洗、故障、堵塞信号通过扩展继电器上送至监控系统，便于运行人员在中控室进行远方监视；同时取消滤水器清洗时主备用水源自动频繁切换功能，运行人员根据实际需要在触摸屏上进行人为操作，提高了设备运行的可靠性。

(8)机组技术供水控制柜旁新增1个动力电源柜，电源柜内安装双电源切换装置。将技术供水控制柜内的两路进线动力电源改接至新增的技术供水动力柜双电源切换装置上，能够可靠地实现自动切换。在机组自用电任意一段电源消失时都能够可靠地自动切换到另外一段电源，保证了电源供电的可靠性，保证机组技术供水系统的正常运行，有效提升了机组运行的可靠性和稳定性。