水电站的油和技术供水系统

水电站供、排水和油系统第一节供水系统的分类和作用一、 概述：水电站的供水系统包括技术供水、消防供水及生活供水。消防供水作用是主厂房、发电机、变压器、油库等处的灭火。生活供水主要为正常生活用水提供水源，如饮用、厕所用水。二、 技术供水的主要作用冷却:主要有发电机的推力轴承、导轴承、空气冷却器、水轮机导轴承、主变压器的冷却。（1） 推力轴承及导轴承油冷却：机组运行时轴承处产生的机械摩擦损失，以热能形式聚集在轴承中。由于轴承是浸在透平油中的，油温升高将影响轴承寿命及机组安全，并加速油的劣化。因此，将冷却器浸在油槽内，通过冷却器内的冷水将热量带走，达到将油加以冷却并带走热量的目的。（2） 变压器油的冷却：一些水电厂主变压器采用外部水冷式（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通入冷却水的油冷却器进行冷却，为防止冷却水进入变压器油中，应使冷却器中的油压大于水压。变压器的冷却方式有油浸自冷式、油浸风冷式、内部水冷式和外部水冷式等。内部水冷式是将冷却器装置在变压器的绝缘油箱内；外部水冷式是强迫循环水冷式，用油泵抽出变压器油箱中的运行油，加压送入设置在变压器外的油冷却器进行冷却。此方法散热能力强，使变压器尺寸缩小，便于布置，但需设置一套水冷却系统。（3） 发电机冷却：发电机运行时产生电磁损失及机械损失，这些损失转化为热量，影响发电机出力，甚至发生事故，需要及时进行冷却将热量散发出去。大型水轮发电机采用全封闭双闭路自循环空气冷却，利用发电机转子上装设的风扇，强迫空气通过转子线圈，并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,保持定子线圈、转子线圈温度在正常范围，一些小容量的发电机（汉坪咀水电站）转子上没有装设的风扇，但装设上、下挡风板，使冷、热风在密闭的空间内进行交换，热量由空气冷却器带走。空气冷却器是一个热交换器，它是由许多根黄铜管组成，冷却水由一端进入空气冷却器，吸收热空气的热量变成温水，从另一端排出。空气冷却器大致分为三类：半水内冷式，双水内冷式和全水内冷式。润滑:如深井泵橡胶瓦导轴承。水润滑的橡胶轴承，橡胶轴承在轴承体上镶有6-12块橡胶瓦，用镖钉把合，磨损后可单独更换，橡胶瓦有一定的吸振作用,可提高运行的稳定性，但对水质要求很高。深井泵采用橡胶导轴承，用清洁水来润滑，以防止橡胶导轴承与泵轴形成干摩擦引起磨损甚至烧坏橡胶导轴承。操作：如射流泵工作。密封：水轮机的主轴密封包括工作密封和检修密封。工作密封采用引进一定压力的清洁水源到密封面，保持密封面的稳定接触以封水，同时形成液膜润滑，避免密封胶皮干摩擦引起的磨损。检修密封采用空气围带内通入低压风而使围带膨胀，从四周贴紧旋转部件圆柱面，达到封水的目的。第二节技术供水组成及其供水方式一、技术供水系统的组成技术供水系统由水源（包括取水和水处理设备）、管网、用水设备以及测量控制元件组成。技术供水水源技术供水水源的选择非常重要，在技术上需考虑水电站的型式,布置和水头,满足用水设备所需的水量，水压,水温和水质的要求，力求取水可靠，水量充足，水温适当,水质符合要求，以保证机组安全运行，是整个供水系统设备操作维护简便;在经济上需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，还可能是电站在以后长期的运行和维护中增加困难.技术供水系统除水源外，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对水冷推力瓦的冷却水，要求备用水能自动投入，因供水稍有中断，轴瓦就又被烧毁的可能.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，才考虑其他水源（例如地下水源），作为主水源,或补充水源,或备用水源.一般可作为技术供水水源的有：上游水库做水源：水游水库是一个丰富的水源，从水质和水温方面看都比较符合用水设备要求。取水口的位置有两种：（1） 压力钢管取水或蜗壳取水：一般取水口位置布置在钢管或蜗壳断面的两侧，在45度方向上，避免布置在顶部和底部，在顶部有悬浮物，在底部有积存的泥沙优点是引水管道短，节约投资管道可集中布置，便于操作。（2） 坝前取水：取水口可设置数个，在取水口前均装置拦污栅和小型闸门。下游尾水做水源:如果上游水位形成的水位过高或过低时，常用下游尾水位作水源，通过水泵将水送至各用水部件.地下厂房长尾水管的水电站,从下游尾水取水时,取水口一般均设在尾水管内或尾水管出口附近,由于水轮机补气使水中含有气泡，这些气泡带入冷却器中影响冷却效果，必须设置除气设施.地下水源:为了取得经济,可靠和较高质量的清洁水，以满足技术供水，特别是水轮机导轴承润滑用水的要求，电站附近有地下水源时，可考虑加以利用.地下水源比较清洁，水质较好，某些地下水源还具有较高的水压力有时可能获得经济实用的水源.顶盖取水做水源:顶盖取水作为技术供水的水源适用于混流式机组.碧口电厂采用压力钢管取水，自流减压供水的方式，为保证水质，设有滤水器。甘肃的黄河上的小峡电厂采用下游尾水供水，即尾水抽水一坝上供水池(沉淀后)一供水设备一尾水抽水，依次进行循环供水。管网设备供水泵技术供水系统中，常用卧式离心泵作供水泵，其价格低廉，结构简单，维护方便，运行可靠；深井泵也可以作为技术供水泵，其结构紧凑，性能较好，管道短，但价格较贵。管道：由取水干管、支管及管路附件等组成。干管直径较大，把水引到厂内用水区。支管直径较小，把水从干管引向用水设备。管路附件包括弯头、三通、法兰等，是管网不可缺少的组成部分。汉坪咀电站采用树枝状管网，管网中水不循环，用后排走。滤水器：在每个取水口后面必须装置滤水器。为了不影响供水，装旋转式滤水器更好，水导轴承润滑用水水质要求很高，需设专门的滤水器。阀门：.闸阀和截止阀：作用是截断水流和调节流量.闸阀：优点是密封性能好，易于启闭；缺点是外尺寸大，阀门闭合面检修困难。截止阀：优点是结构简单，操作灵活，止水效果好，尺寸小；缺点是水力损失大。减压装置：(а) 自动调整式减压阀：减压阀的工作由阀后压力进行控制。当压力感应器检测到阀门压力指示升高时，减压阀阀门开度减小；当检测到减压阀后压力减小，减压阀阀门开度增大，以满足控制要求。利用局部水头损失消耗一部分能量。减压阀的基本工作原理也是节流和压力或压差反馈。定值和定差减压阀通过压力或压差与输入量(通常是弹簧力)的反馈比较作用，自动调节阀口节流面积大小，使输出的二次压力或一、二次压差基本保持恒定。定比减压阀的输入是一次压力，输入、输出压力在阀心上作用面积是固定的，通过输出压力的反馈与输入压力比较，自动调节阀口的节流面积，使输入、输出压力之比与作用面积比接近，基本保持恒定。减压阀的种类很多，常见的有：直动式减压阀、先导活塞式减压阀、薄膜式减压阀、波纹管式减压阀、比例式减压阀、自力式减压阀、直接作用活塞式减压阀、背压调节阀等等。它们分别适用于不同的工作介质。(b2)多孔式固定减压装置：利用水流通过设置在水管中的某一固定装置，产生局部水头损失，来降底水压值。(c)闸阀减压装置：对于减压数值不大的可定期改变闸阀开度来进行压力调整.安全阀(卸压阀)：防止介质压力超过规定值时起安全作用。当工作压力超过规定值时，阀门自动开启，排出一部分介质，使压力降底，压力恢复到允许值即自动关闭。(б) 止回阀：是防止管路中介质倒流的阀门。测量控制元件如阀门、压力表、减压阀、示流信号器、自动排污控制系统等。用以监视、控制和操作供水系统的有关设备，保证供水系统正常运行。目前我厂水系统新设备有热导式双向示流信号器、机组、主变减压阀和机组冷却供水总阀45DP。其中45DP由气体控制流量加速器导阀来实现45DP开启或关闭。当流量加速器供气时45DP控制腔给水，从而45DP关闭；相反，当流量加速器排气时45DP控制腔排水，从而45DP开启。注意机组、主变减压阀只能减动水压力，不减静水压力。在机组45DP后和主变冷却水母管上装有泄压阀，当水压升高时动作泄压至额定水压(全厂共有4个)。示流信号器又名流量控制开关，用于监测管道内液体流量。将示流信号器串接在管路中，当管道内有正常流量液体通过时，示流信号器发出正常信号。当管道内液体流量低于某一定值时，它能自动地发出信号或报警，以保护主设备.示流信号器的种类有超声波、卡曼涡流、电磁流量传感器，用档板示流信号器、热导示流信号器。我厂现为示流信号器装设为热导式双向示流信号器。热导式流量开关是根据热交换原理设计的。其内部有两个铂温度传感器，一个是测量介质的温度，另一个接到加热元件上，与其他电阻组成惠斯通电桥。在流量开关正常工作时，加热元件工作产生热量，会传递到测温元件。如果管道内没有流体流动，两个铂电阻经惠斯通电桥输出的是一个固定偏差值；如果管道内有流体流动，热量就会有热量损失，则两个测温的铂电阻经惠斯通电桥输出的是一个与流体流量大小成正比的偏差值，再经电子线路模块，就可以以多种形式输出。根据不同应用，有单探头、双探头、平面探头可选。二、技术供水方式1、水电站供水方式因电站水头范围不同而不同，其中常用的供水方式有：自流供水：自流供水系统的水压是由水电站的自然水头来保证的,当水电站平均水头在20〜40m时，且水温水质符合要求时，采用自流供水；适用于水头在12-80m的电站。为保证各冷却器进口的水压符合制造厂的要求,当水头在40〜80m时一般装置可靠的减压装置，对多余的水压力加以削减，即自流减压供水方式。减压装置又分为自动减压装置和固定减压装置两种。水泵供水：电站水头高于80m，小于12m时采用水泵供水方式，对于低水头电站取水口可设置在上游水库或下游尾水；对于高水头电站一般均采用水泵从下游取水，采用地下水源时，若水压不足，亦用水泵供水.水泵供水，适用于水头在12m以下的电站。混合供水:适用于水头在12-20m的电站，不宜采用单一供水方式时，一般设置混合供水系统，及自流供水和水泵供水的混合系统.当水头比较高时采用自流供水，水头低水头不足时采用水泵供水。，经过技术经济比较确定操作分界水头.因为水泵使用时间不多，可不设置备用水泵,主管道只设一条,这样可以在不降低安全可靠的条件下,减少设备投资，简化系统.也有一些混合供水的水电站，根据用水设备的位置及水压,水量要求的不同,采用一部分设备用水泵供水，另一部分设备用自流供水的方式.射流泵供水：电站水头为80〜160m时采用射流泵供水，由上游水库取水作为高压工作液流，在射流泵内形成射流，抽吸下游尾水，两股液流形成一股压力居中的混合液流供机组技术供水用。射流泵供水兼有自流供水和水泵供水的特点，运行可靠，维护简便，设备和运行费用低。设备配置方式：技术供水设备根据机组的单机容量和电站的装机台数，一般有以下几种类型：集中供水：全电站所有机组的用水设备，都由一个或几个公共取水设备供水。通过全电站公共供水干管供给各机组用水。集中供水单元供水：每台机组设置独立的取供水设备，适用于大型机组或电站只装一台机组的情况，此方法运行灵活，可靠性高，易于实现自动化。分组供水：机组台数较多时，将机组分成几组，每组设置一套设备，且具有单元供水的特点。2、取水口、排水管出口取水口布置应考虑下列要求：取水口设置在上游或下游侧时，其位位置一般应设置在最低水位2m以下；坝前取水口应按水库水温和含沙量情况分层设置；取水口布置在流水区。取水口的个数：单机电站全厂不少于2个；多机组电站每台机组(自流供水)或每台水泵(水泵供水)应有一个单独的取水口，备用取水口可合用，或将各工作取水口用管道联结，互为备用.多机组大型水电站自流供水系统，可考虑每台机组平均设置两个取水口，坝前取水口应按实际需要埋设在不同高程上。在每个取水口前均装置拦污栅。排水管出口及管道排水管出口：排水管出口应设在最低尾水位以下，排水口前设置拦污栅，防止鱼群或飘浮物进入堵塞水管。三、技术供水对水的要求水温。用水设备的进水温度一般在4-25°C为宜，进水温度过高影响发电机的出力，过低会使冷却器黄铜管结露，甚至破裂损坏。水压。为了保证冷却需要的水量和必要的流速，要求进入冷却器的水有一定的流速水压，正常水压为0.15〜0.2MPa之间。一般不超过0.2MPa，特殊情况下不超过1.25倍，即0.25MPa。水质。要满足要求，一般在取水口设拦污栅、用水设备装滤水器。防止冷却管路堵塞和结垢。2005年7月至9月，白龙江上游来水多，雨季山上的数木、杂草进入库区，造成我厂3台机组冷却器堵塞、1.5万小水电机组转轮室堵塞，出力降低，被迫停机，进行处理。河水中含有多种杂质，特别是汛期河水浑浊，含沙量剧增.所以需要对河水进行净化和处理,以满足各用水部件的要求. 水的净化可分为二大类,一为清除污物,二为清除泥沙.滤水器是清除水中悬浮物的常用设备.按滤网的形式分为固定式的和转动式两种. 滤水器的网孔尺寸视悬浮物的大小而定，一般采用孔径为2-6mm的钻孔钢板,外面包有防锈滤网，水流通过滤网孔的流速一般为0.10-0.25m/s.滤水器的尺寸取决于通过的流量.固定式滤水器，水由进水口进入，经过滤网，由出水口流出，污物被挡在滤网外边，可定期采用反冲法进行清洗:在滤水器进出口之间设一旁通管或并联另一滤水器，正常运行时,3,4阀关闭1,2打开.反冲洗时，阀1关闭,3,4打开.压力水从滤网内部反冲回来,污物被冲进排误管.转动式滤水器,水从下部进入具有网孔的鼓筒内部，经滤网流出，然后从筒形外壳与鼓筒之间的环形流道进入出水管.滤网固定在转筒上，上与旋转手柄或杠杆相连,转筒用铁板隔成几格,当转筒上的某一格滤网需清洗时,只需旋转转筒使该格对准排污管,打开排污阀，该格滤网上的污物便被反冲水流冲至排污管并排出.清除泥沙常用以下几种方法：水力旋流器、平流沉淀池、斜流式沉淀池.目前小型电站采用水力旋流器，大型电站采用沉淀器清除污泥。有的电厂由于水质污染，要对水进行处理包括:除垢，水生物防治，离子交换法除盐.第三节消防供水系统消防供水系统，主要用于发电机、变压器、主厂房及油系统灭火，碧口水电厂消防水取自压力钢管。机组进水口检修闸门落下，3台机组引水钢管检查期间（一般在每年的3月份共计3天时间），消防水和4号主变的冷却水由100立方米的清水池提供。一、 发电机灭火发电机在运行时可能由于定子线圈匝间短路，或接头开焊等事故而起火。为了避免事故的扩大，应立即采取灭火措施。过去认为用水灭火对电机绝缘不利，事实证明，水对绝缘的影响并不严重，线圈经烘干后仍可继续使用。发电机采用喷水灭火，在定子线圈的上方与下方各布置灭火环管一根。正常运行时发电机灭火水管不与消防水源相接，灭火时利用软管和快速接头与消防水源接通。灭火时要确认发电机已断电。强调内容，定期工作中消防栓闻味注意是闻发电机灭火水管中的味道，即风洞里的味道。二、 变压器灭火为保证灭火效果良好，每台主变压器均设有多个消防龙头。平时消防龙头供水阀门关闭。灭火时要确认变压器已断电。三、 主厂房及油系统灭火主厂房水轮机层、发电机层、安装间及油库内均设有消防栓，设备着火时可进行灭火。第四节 供水系统的常见故障与处理方法一、 供水水压降低对于技术供水系统，水压降低可导致发电机、变压器冷却效果变差，引起温度升高的严重后果；。处理时要进行全面检查，如果是取水口堵塞，则对取水口进行吹扫；滤水器堵塞则进行清扫排污；自动减压阀失灵则打开旁通阀(只对主变冷却)供水，并联系检修人员处理；水轮机主轴密封水压降低会引起主轴密封刺水的现象如为供水管路或阀门破裂漏水引起水压降低，则关闭该供水总阀，对故障点的来水进行隔断，并打开备用供水阀门，维持正常供水，没有备用供水系统，则停机做好相应地安全措施，联系检修人员处理。若个别轴承冷却水压降低，应及时进行冷却水系统的正、反冲切换(现列为运行人员的日常定期工作)。二、 供水水压升高对于技术供水系统，水压升高超过额定值有可能导致冷却器破裂漏水的严重后果，应调整水压在额定范围之内。如为自动减压阀失灵则切换减压阀的滤网，无效后调整供水总阀，并联系检修人员处理。第五节 水电厂油压系统一、水电厂油的分类及作用油的种类水电站的机电设备在运行中，由于设备的特性、要求和工作条件不同，需要使用各种性能的油品，大致有润滑油和绝缘油两大类。前者包括润滑油(H)和润滑脂(Z)两类。主要有润滑油、润滑脂、电气绝缘油三类。1、润滑油常用的有：透平油、机械油(简称机油)、压缩机油。透平油：有HU-22,HU-30，HU-46三种，在符号后面的数字表示油50°C时的运动粘度，供机组轴承和液压操作用。透平油的作用：润滑、散热和液压操作。.润滑作用：在轴承间或滑动部分间形成油膜，以润滑油内部的摩擦代替固体干摩擦，起到润滑作用。.散热作用(冷却作用)：设备转动部件因摩擦产生热量，使它们的温度升高，润滑油在对流的作用下将热量传出，再经油冷却器将热量传给冷却水。.液压操作：电站的调速器、主阀、调压阀及管路上的液压阀均由高压透平油来操作。机械油：有HJ-10，HJ-20，HJ-30等供电动机、水泵和起重机械用。机油供电动机、水泵、机修设备及起重机等滑动轴承润滑用。压缩机油：有HS-13和HS-19两种，供压缩机润滑用。压缩机油，除供活塞式空气压缩机活塞润滑外，还承担活塞与气缸壁间的密封作用。润滑脂(黄油)：供滚动轴承润滑用。润滑脂常用于水泵、电动机的滚动轴承以及易于水或潮气接触的润滑部位上。作用有润滑、密封、防护及节约能源等。绝缘油：电气绝缘油有变压器油、开关油、电缆油。变压器油供变压器及电流、电压互感器用油。开关油供油开关用。电缆油供充油电缆用。绝缘油在设备中的作用是绝缘、散热和消弧。（1） 变压器油：有DB-10，DB-25型，符号后面的数字表示油的凝点°C（负值），供变压器及电流、电压互感器用。（2） 开关油：有DU-4型，符号后面的数字表示油的凝点C（负值），供开关用。（3） 电缆油：有DL-38,DL-66,DL-110三种，符号后面的数字表示以千伏计的电压，供电缆用。绝缘油的作用：绝缘、散热和消弧。绝缘作用：由于绝缘油的绝缘强度比空气大得多，用来作绝缘介质可以提高电器设备运行的可靠性。散热作用：变压器运行时因线圈通过强大的电流而产生大量的热。用绝缘油吸收这些热量，在油流温差作用下利用油的对流作用，通过冷却器将热量传给冷却水。消弧作用：当油开关切断电力负荷时，在触头之间发生电弧，绝缘油在受到电弧作用时，发生分解，同时绝缘油在分解过程中带走大量的热，使电弧消灭。二.油的基本性质及其对运行的影响1、油的基本性质（1） .粘度：当液体质点受外力作用而相对运动时，在液体分子间产生的阻力称为液体的粘度。油的粘度是油的重要特性之一。（2） .闪点：在一定条件下加热油品时，油的蒸汽和空气所形成的混合气体，在接触火源时即呈现蓝色火焰并瞬间行熄灭（闪光现象）时的最低温度，称为闪点。（3） .凝固点：油的温度降低到刚刚失去流动性时的温度称为凝固点。（4） .酸值：油中游离的有机酸的含量称为油的酸值。（5） .抗氧化性：使用过程中油在较高温度下，抵抗和氧发生化学反应的性能称为抗氧化性。（6） .抗乳化度：在一定的条件下，测试油与水蒸汽形成乳化液达到完全分层所需的时间称为抗乳化度。2、油的质量标准及分析化验（1） .运行中的透平油和绝缘油都要符全国家标准。（2） 设备中的运行油要定期采样试验，以免油的劣化对设备造成影响。3、油的劣化和净化处理油的劣化（1）油的劣化：油在运行或贮存过程中，经过一段时间后，油会因潮气浸入而产生水分，或因运行过程中的种种原因而出现杂质，影响了油的物理和化学性质，称为油的劣化。油劣化的根本原因：油和空气中氧气发生反应。油劣化的后果：酸价增高，闪点降低，颜色加深，粘度增大，并有胶质状物和油泥沉淀析出，将影响正常的润滑和散热作用，腐蚀金属和纤维，使操作系统失灵等危害。4、油的净化处理油的净化处理方法沉清、压力过滤、真空过滤二、 油系统的组成。油系统的任务.接受新油：接受新油时一律按标准进行试验；.贮备净油：在油处理室贮存合格的、足够的油；.给设备充油：新装机组、设备大修后或设备中排出劣化油后，需要充油；.向运行设备添油：由于油蒸发、飞溅、漏油、清除沉淀物和水分以及取油样，需要添油。.检修时从设备排出污油：设备检修时，应将设备中的污油通过排油管，用油泵或自流到油库中的运行油槽中。.污油的清净处理：贮存在运行油槽中的污油通过压力滤油机或真空滤油机进行净化处理。.油的监督与维护：对新油进行鉴定是否符合国家标准；对运行油取样化验，判断运行设备是否安全；对油系统进行技术管理，提高运行水平。由储油设备、用油设备、管网及油处理设备连接成油系统，由以下几部分组成。油库：设置各种油罐及油池。油处理室：设有净油及输送设备如油泵、压滤机、烘箱、真空滤油机等；油化验室：设有化验仪器、设备、药物等；油的再生设备：水电站通常只设置吸附器；管网：将用油设备与油处理设备等各部分连接起来组成油系统；测量及控制元件：监视和控制用油设备运行情况。我厂油系统的主要作用是供机组上导轴承、推力轴承、集油槽的加油和排油，水导轴承为孤立系统，即无管路连接，加油和排油时需临时连接油管和油泵。油系统设备有油