解决水电站发电瓶颈的提案
我今年七十五岁，是民主促进会会员，四川大学水电学院热动教研室教师。二十年前在教学、科研和水电站的设计实践中，我发明了水电站机组冷却水的专利——水电站机组循环冷却装置。应用这项新技术，新设备，二十年来我设计并实际运用在国内外数百座水电站上，并用它改造了甘肃大峡水电站（324MW），甘肃八盘峡水电站（223MW），四川南桠河三级电站（120MW），云南洛泽河电站（25MW）,云南邱北格雷二级电站（24MW）,重庆宋农电站（12MW），四川江油青莲电站（17.6MW）,四川登台树电站（16MW），四川九寨沟二道桥电站（18MW），甘肃石门坪电站（15MW）,新疆喀群二级(9.6MW)，新疆喀什一级(15MW)，四川大金坪电站（129MW），四川洪一电站（80MW），福建水山里水泵站（6.25MW）。合计改造电站容量达百万千瓦（102.82万千瓦），改造投资达0.3亿元。
在37年的教学、科研生产和近十五年从事水电站循环冷却水的工作中，我慢慢从中悟出一个道理：水电站是一个集水工建筑物、机电及自动化设备的建设项目。一座成功建成的水电站（不管投资几千万、几亿、几百亿、上万亿），影响运行发电的水工建筑物，机电及自动化设备都可以以我们人类的意志控制，唯有机组冷却要靠河水，而河水的水质不以人的意志转移。上百万千瓦的电站为什么要改造，就是这个道理。因此水电站机组冷却水是影响发电效益的瓶颈。
为了贯彻科学发展观，要建设节约型、清洁型和安全型的水电站，在设计上要创新，要采用新设备新技术，解决这一影响水电站节约、清洁、安全的机组冷却水瓶颈，应该采用我国自主创新的循环冷却新技术，新设备代替传统的冷却方式。
到2050年，我国十二大水电基地要投资近2万亿建成3亿千瓦装机的水电站。其中巨型水电站云集，因此更要立即着手研究在大型、巨型电站上机组冷却水采用循环冷却水技术问题。



附件

1 三峡水电站循环冷却水系统图及安装方案图
2 溪洛渡水电站循环冷却水系统图及安装方案图
3 向家坝水电站循环冷却水系统图及安装方案图
4、向家坝水电站机组技术供水采用循环冷却器的几个问题
5 黄河大峡水电站循环冷却技术供水介绍
6 从八盘峡、南桠河三级、洛泽河、九寨沟二道桥、格雷一二级、喀
群等水电站机组技术供水改为循环水冷却技术供水看水电站机组技
术供水的设计和运行

四川大学水电学院 孙诗杰
15902802367
ssjxlq@163.com
2009年11月18日


从八盘峡、南桠河三级、洛泽河、九寨沟二道桥、格雷一二级、喀
群等水电站机组技术供水改为循环水冷却技术供水
看水电站机组技术供水的设计和运行
孙诗杰
二OO五年十月于成都

水电站机组技术供水中的冷却水对电站机组的安全运行有着至关重要的作用，冷却水运行不正常，会造成机组温度升高，报警、甚至停机。而冷却水的水质（漂浮物、泥沙、结垢、水生物、腐蚀物）如不能满足要求，则对电站都会造成影响，对不同电站或是严重程度不同。由于冷却水取河水，影响河水水质的因素很多，因此到目前为止还很难制定一个冷却水水质的设计标准。现有设计上大都按无漂浮物情况下充许一定含量的泥沙，并控制PH值暂时硬度的方法。首先无漂浮物的电站在汛期很难达到。采用河水存在水质问题。采用地下水存在结垢、水量不稳定等问题。
机组供水采用循环冷却水，可以彻底解决水质难题，这一新技术从一九八九年产生以来，现已推广使用至百座电站，已运行的已达324.5MW。使用不断完善现已发展为一种既经济又成熟可靠的供水方式
通过对八盘峡、南桠河三级、洛泽河、邱北格雷一、二级，新疆喀群二级，洛泽河等电站的技术供水技改，可以看出采用循环冷却水的优点，以及应注意的问题。
漂浮物主要表现是对冷却水进口，滤水器及机组冷却器的堵塞。防止的办法是改进滤水器及进口拦污栅的设计。其发展是从最早的固定滤水器改为旋转滤水器或（全自动）。利用旋转清污、排污。现在发展为充分利用漂浮物轻浮原理，从滤水器上部进水，下部出水，从上面排污及单元自动定时反冲。虽然从滤水器本身来看在不断提高其滤水功能。但是堵排总是不能彻底解决问题。而且还要消耗一定量冷却水。随着泥沙的进入也仍然为能解决泥沙磨损的问题。而且滤水器造价在不断增加。由于水电站自身的特点无论常规的发电机空冷却、蒸发式冷却或热管冷却器都离不开利用河水进行冷却。因此，应该寻找新的防止漂浮物的技术供水方式，尽可能取消或不用滤水器及冷却水进水口拦污栅，是一种趋势。
取地下水是一种获取清水的方式，但地下水有不稳定和不确定因素，有的电站在使用一段时间后会发现水量不足，必须另外解决。这是因为地下水受水文地质条件影响，比较难确定。当然地下水一般含结垢的盐类多，结垢也是很难处理的。
甘肃八盘峡右岸厂房、四川九寨沟二道桥水电站、四川明台水电站的技术供水改造，都主要是漂浮物造成试电后运行不正常。而提出的这三座电站机组技术供水
都采用近十几年发明，发展起来，循环水冷却技术供水经上面三座电站运行证明是成熟可靠的。

八盘峡水电厂 九寨沟二道桥 明台电站

泥沙主要是指悬移质泥沙，其主要表现是对技术供水系统的磨损、淤堵，而磨损是主要的，因若无漂浮物的联合作用，则泥沙是可以通过技术供水系统的。泥沙的磨损最严重的表现就是将发电机空冷器和轴承油冷却器铜管磨穿,磨损的严重程度与泥沙的含量和泥沙的硬度有关。如四川大渡河上的龚咀电站，大渡河支流南桠河上的南桠河三级电厂以及长江上葛洲坝水电厂等。（对于采用水泵技术供水方式的电站，水泵的磨损，盘根漏水、水泵叶轮磨蚀也很普遍）。
解决泥沙的问题，靠滤水器是不行的，因为滤水器的滤孔对悬移质泥沙来讲无能为力，因此解决的办法主要是用技术供水清水池进行沉淀，或利用漩流沉沙池（或漩流器）利用泥沙与水的质量差进行了分离。也有采用斜板除沙，甚至发现了修建自来水厂，用生产自来水方法生产清水的方案（例如四川明台电站初步设计已批准修建投资600万元自来水厂）修建清水池、漩流沉淀池都存在一个取水问题，无论上游坝前取水或下游尾水取水，都必须与河水打交道。漂浮物的防止又提上日程来了。取地下水，又存在结垢与地下水稳定的问题。
泥沙的危害对水电站来讲造成了一种安全隐患，对电厂来讲是非常不利的，因此八盘峡水电厂、南桠河水三级水电厂的技术供水系统都进行了改造。这两座电站的技术供水都改造成了循环冷却技术供水。

南桠河水厂3#机循环冷却器正在安装 小峡水电厂

结垢是指冷却水中的盐类由于水温升高碳酸根与氧气结合产生水后的物质，例如Ca，附着在机组冷却器的表面，降低了冷却器散热效果。至使机组温度升高，影响机组正常运行。清除冷却器结垢可以有多种方法。如超声波等。当然，目前的冷却水排至尾水，不断流动，将冷却水变成软水的投资很大，有的电站不得不更换冷却器或将已结垢的埋管废弃而采用明管。云南邱北格雷二级，一级电站和新疆喀群二级电站机组冷却器的结垢已造成了电站运行的困难。因此这二个电站专为解决结垢而对技术供水系统进行了改造。改造方案也都将机组技术供水改为了循环水冷却技术供水。

云南邱北格雷二级 新疆喀群二级

水生物的生长对水电厂的危害主要是堵塞技术供水系统，使供水管道过水断面减小，从而使冷却水量减少，不能满足机组对冷却水量的要求，造成机组空冷器轴承温度升高甚至不能运行。虽然不生物的生长只在河水温度较高，而且有水生物繁殖的河流，但一旦出现危害极大。例如四川的达州平昌水电厂、沪洲的黄韬颢水电厂、金华水电厂、贵州 头水电厂等。对于目前的技术供水方式，要解决水生物的问题很困难。因为冷却水是排至下游加药处理不可能，检修时技术供水系统埋管无法清除。机组冷却器的清除也很费时费工，防止方法可以采用地下水同时的地下式的结垢及稳定问题也是不能忽视的。
四川金华水电厂装机3×15MW，位于涪江上（嘉陵江的支流），为发防止泥沙、漂浮物、设计上机组技术供水采用了循环冷却技术供水，循环冷却水虽然很好地解决了漂浮物与泥沙问题，及技术供水系统内部生长水生物的问题，但忽略了水生物在循环尾水冷却器的外部生长，降低了散热效果的问题。金华水电厂后下一个梯级小龙门水电站（3×13MW）就提出了防止水生物危害问题。决定仍然采用循环冷却技术供水以解决技术供水内部生长水生物的问题。对于外部根据金华水电厂的经验，在运行的初期一年来，尾水冷却器外部生长水生物还无影响，因此修改了尾水冷却漂浮器设计：在一尾水冷却器每年枯水期吊起检修，（在尾水平台上用农药喷杀死水生物后报与情况脱落）。第二冷却器采用加大 热管间隙检修时喷杀工艺的实施（现在已安装）。

平昌电站1 四川金华水电厂
减压阀至水电站中也普遍使用。当水头在60m至120m范围时与采用水泵供水经过方案比较后采用，现在减压阀的质量、可靠性都不断在提高。因此也是很好的方法。例如我国三峡水电站就采用了进口减压阀，但是减压阀对漂浮物和泥沙也是很害怕的，当漂浮物解决后，泥沙的磨损也不可避免，我们认为在方案比较时不仅比较一次性投资还应对节能进行比较，尤其在枯水季节电能价值高的时候，顾虑节能更重要。四川马拟电站原采用减压阀，后因投资，漂浮物和泥沙放弃了。将技术供水改为循环冷却技术供水。
云南洛泽河水电站总机2×12.5MW，水头125米采用了减压阀，由于泥沙磨损，漂浮物危害，还有结垢，早在一九九四年实用循环冷却水对机组供水进行了技术改造。

云南洛泽河水电站 四川金华水电厂

自动化在水电站的设计上逐渐在提高，尤其无人值班无人执守的运行方式在我国新设计的和技术改造的电站愈来愈多。技术供水的自动化受到了技术供水水质的制约越来越明显，人工干预愈多，自动化程度就受影响。而漂浮物、泥沙、结垢、水生物还有腐蚀等危害都会增加人为干预。从电站自动化角度出发，修建更高水平的水电工程也要求找出彻底解决水质的技术供水方法。
四川华能公司投资修建的四川康定冷竹关水电站，位于红军长征时大渡河的沪定桥的康定县。电站总机2×60=180MW，是一座自动化很高的无人值班少人值守在成都运动的地下式水电站，在设计中经多方充分研究后决定技术供水采用循环冷却技术供水，由于效果好，达到设计要求，后华能公司投资兴建的小天都水电站（5×80MW），余康水电站（2×75MW）技术供水也都采用了循环冷却水。

康定冷竹关水电站1 康定冷竹关水电站2
运行可靠性，水电站的管理、大修、中修、小修都是围绕电站运行可靠，只有这样电站才能正常运行。而技术供水的可靠性也是电站可靠运行的一部分，而这一部分受河流自然条件，尤其汛期水质的影响很大。泥沙的磨损是一极大的隐患。因为一旦冷却器散热铜管被磨穿，发电机的绝对受损，可导致烧熄发电机。轴承被冷却器摩擦，轴承在无润滑下运行，轴承的烧熄也是大事故。漂浮物的堵塞虽不致造成事故，但严重时，冷却水量不够，机组温度升高，返待机，检修必然减少民电量。影响电站经济效益。结垢、水生物的处理不当只有更换设备，这也会增加电站的费用。
解决技术供水水质，人们作了很多努力。例如：新型滤水器的采用，蒸发式水轮发电机的出现，热管空气冷却器的研制，电子除垢器自动循环冷却水的应用。（循环水又分为一次循环和二次循环两种），地下水循环水联合使用等。
如前论述，滤水器不能解决结垢、泥沙磨损和水生物生长及腐蚀等问题，蒸发式冷却器和热管空冷器及二次循环冷却水都只能解决机组水质问题，但为了实现他们都需要利用河水作冷凝器或热交换器的二次冷却，而二次冷却水的水质问题，还是制约了这几种方案。因此我们认为采用一次循环冷却水是可以完全作到防止漂浮物、泥沙、结垢、水生物、腐蚀，换句话说，一次循环冷却彻底解决了水电站技术供水的水质难题。
一、一次循环冷却技术供水的优点：
1、 彻底解决了技术供水的水质问题；
2、 能够提高电站运行可靠性；
3、 有利于电站自动化；
4、 可以作到比减压阀节能、节水；
5、 有利于环保。
二、使用一次循环冷却水应注意几个问题：
1、 共振
循环冷却技术供水的主要设备是尾水冷却器（循环冷却器，外置冷却器），它是以循环水作载体将机组热量带给尾水的热交换器，尾水对它有只有强迫振动的作用力，当它本身的自振频率与其一致时就会发生共振破坏。云南渔洞河水电站就发生了共振共抗破坏，将压力空器设计和制造的优质无缝钢管尾水冷却器瞬间散了架。（电站运行人员的说法），把尾水冷却器变成了一堆废铁，经校核，破坏是共振引起的。改变了数年后换新。
2、 布置与检修
尾水冷却器一般布置在厂房尾水最低水位以下，若布置在上游将会受到电站拦污栅前漂浮物的影响，而且管道也较长，安装高程也较高。现在机组技术供水采用了循环冷却水的电站均一致布置在尾水。
3、 布置的尾水冷却器运行至今，因此对尾水冷却器应对不同组合的机组从空载至满载
各个工况的共振条件进行了校核。水电站厂房柜组厂房类型（河床式、坝后式、河岸式、地下式、贯流式）电站水头（高、中、低水头），电站型号，水轮机型式、机组台数、尾水位高低、尾水管道尺寸、尾水门槽、尾水平台、尾水渠反坡一等都不相同，但经过设计实践，大致可以分为布置在尾水门槽上游侧，下游侧。高程上布置尾水管出口上方的尾水冷却大梁，尾渠反坡，冲 式封机的尾水室。尾水闸坂下游侧或尾水闸坂之间（前者置于尾水渠座板反坡起始段，后者布置在尾水渠大梁上）。检修方法主要是通过尾水平台上布置的尾水冷却器吊物孔，利用尾水机闸门起闭机或设专用起吊设备，进行安装和检修（为了检修时起吊和安装尾水冷却器，不用潜水工，尾水冷却器的下支撑采用了特殊结构）。
4、 防腐防锈
尾水冷却器一段都采用石灰钢优质无缝钢管，也有采用不锈钢管的，但是从传热系数比较石灰钢比不锈钢高很多。而且成本低很多，更主要是因为尾水冷却器长期布置在最低水位下，由于没有运动部件，因此检修期很长，长期处在尾水中的尾水冷却器，由于水中含氧少，因此锈蚀并不严重。当然在加工、运输中也会锈蚀，因此一段采用后热阻涂料，防磨、防锈或热喷锌高效防腐工艺。在设计上均按使用寿命大于30年来考虑。


附其他的图：

九寨沟水电站 洛泽河电站1

洛泽河电站2 马拟水电站

明台电站1 明台电站2

平昌电站1 平昌电站2

小峡1 小峡2