抽水蓄能电站地下厂房水冷空调系统改造

全风云，唐 健，胡志平，张才军

（湖北白莲河抽水蓄能有限公司运维检修部，湖北省罗田县 438600）

抽水蓄能电站地下厂房水冷空调系统改造

全风云，唐 健，胡志平，张才军

（湖北白莲河抽水蓄能有限公司运维检修部，湖北省罗田县 438600）

通过对某抽水蓄能电站地下厂房水冷空调系统的研究，利用现有设备，对地下厂房水冷空调系统进行了改造，并通过热量计算，验证了改造的可行性。以某抽水蓄能电站下水库深层水（水面以下50m水温常年保持约9℃）替代原由冷水机产生的冷冻水作为地下厂房通风空调系统制冷剂，较好满足了设计要求及实际需要，不但全面增强了地下厂房通风空调系统运行可靠性，还大幅降低了该系统运行成本。

水冷空调；抽水蓄能电站；温度；通风空调

0 引言

某抽水蓄能电站装设4台300MW单级混流可逆式水泵水轮发电电动机组，年均发电量9.67亿kWh，年抽水电量12.89亿kWh，属日调节纯抽水蓄能电站。电站以一回500kV输电线路接入黄冈大吉变电站，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。

目前，国内水电站大多采用水冷空调，其工作原理为：以冷冻水为制冷剂，经组合式空气处理器向厂方区域输送冷风实现厂房制冷降温，制冷后的冷冻水经增压系统回到螺杆泵式冷水机组，由冷却水进行冷却处理，重新成为制冷剂循环利用方式[1-2]。自2010年12月27日投入商业运行以来，某抽水蓄能电站地下厂房主空调系统的螺杆泵式冷水机组设计正常运行条件与实际环境偏差较大，致使冷水机组无法正常运行。长期非正常工况运行加速冷水机组老化，导致冷水机组运行工况较差，运行效率较低，机组故障率较高。

本文将对抽水蓄能电站地下厂房通风空调送风方式进行介绍，通过热力学第一定律和热量计算公式，计算分析满足地下厂房空气温度变化的条件，探讨改造水冷空调系统的方法。

1 通风空调系统概况

通风空调系统主要是为了解决厂房的通风、各个房间的温度和湿度调节、设备降温、废臭气排除以及消防灭火后的烟气排除，以保障厂房有良好的工作环境[3-6]。

1.1 通风方式

某抽水蓄能电站采用集结进风和自然进风方式，由进厂交通洞进风，新风分四路，一路经主厂房洞空调室通过送风竖井引至主厂房拱顶，下送至发电电动机机层，经母线层、水泵水轮机层、母线洞重复使用后经5号支洞排至厂外；一路直接引到主变压器运输道，经主变压器室及电缆层使用后经5号支洞排至厂外；一路直接引到球阀室，使用后排至厂外；另一路直接引到尾水闸门廊道使用后经5号支洞排至厂外。

1.2 通风空调设备及布置

某抽水蓄能电站通风空调设备包括1个主厂房空调系统、10个单独排风系统、4个厂内辅助通风系统、1个单元式空调系统、2个防排烟系统以及1个厂内除湿系统。其中主厂房空调系统主要负责对主厂房各层进行空气调节，排风经母线洞重复使用后排出厂外。

主厂房空调室设在高程56.500m主厂房安装场右端主空调室内。φ250空调冷却供水管由下水库经水泵引来，排到72.000m高程排水廊道，3台冷却水泵设在安装场下面水轮机层端头，空调冷却供水管路上设滤水器、自动反冲电子水处理仪、缓开快闭止回阀等。由于下水库最低水位为92.000m，φ32冷冻循环补水管直接从水泵前引水。主空调室内设3台冷冻水泵，2台组合式空气处理机。230000m3/h新风处理后通过风道及风管直接送到主厂房拱顶，通过设在主厂房拱顶的送风口向发电机层送风，送风口管上安装有防火阀。

1.3 主设备参数介绍

（1）螺杆冷水机组采用上海一冷开利空调设备有限公司30HXC300A，其参数见表1。

表1 螺杆冷水机组30HXC300A参数

（2）组合式空调机组39CBF3438，其参数见表2。

表2 组合式空调机组39CBF3438参数

（3）冷却及冷冻水泵，其参数见表3。

表3 冷却及冷冻水泵参数

2 存在的问题

某抽水蓄能电站地下厂房主通风空调系统原设计由螺杆式冷水机组、组合式空气处理器、冷却水供水系统、冷冻水增压系统等构成。主空调系统基本原理为：以冷水机产生的冷冻水为制冷剂，经空气处理器热交换处理，向地下厂房输送冷风，热交换后的冷冻水再经增压系统回送冷水机进行冷却处理，重新成为制冷剂循环利用。

由于该冷水机设计正常运行条件与实际环境偏差较大，冷水机正常启动要求冷却水温高于20℃，而电站实际冷却水水温约为9℃，远低于设计要求，致使冷水机无法正常运行，需要通过人为干预、手动调整冷却水进水量，启动冷水机运行制冷。由此，使该系统无法自动正常运行，长期非正常工况运行加速冷水机老化，且运行工况较差，冷水机运行效率较低，故障率较高。为此，对地下厂房通风空调系统进行技术改进尤为必要。

3 改造及应用

3.1 改造思路

地下厂房通风空调系统制冷剂经空气处理器热交换后，需回送冷水机由冷却水进行冷却，冷却水取自电站下水库深层，常年恒温约9℃。而经冷水机处理后的制冷剂水温约为7℃，两者温度基本接近。根据热力学能量守恒定律可知：空气温度下降释放的能量等于冷却水吸收的能量[7]。

由热能计算公式可知：

式中Q——能量；

C——比热容；

M——质量；

∆t——温度差。

新风的能量计算公式：

其中把空气视为理想气体时，空气比热容为1.4×103J，空气密度为1.29kg/m3，处理新风量为230000m3/h。

冷却水的能量计算公式：

其中水的比热容为4.2×103J，水的密度为1.0×103kg/m3，水的流量为 190m3/h。

根据能量守恒定律可知：

计算得出 ∆t空气≈2∆t水

通过计算可知温度在9℃的冷却水与7℃的冷冻水温度相差仅2℃，在能量上完全满足某抽水蓄能电站地下厂房空气温度处理能力。并且电站冷却水和冷冻水在水质上经专业检验完全满足水冷空调水质的要求，所以可以考虑直接将下水库深层水作为制冷剂接入空气处理器，实现对全厂区域的制冷调节，并将热交换处理完毕后的制冷剂直接排出厂房。这样就可取消原设计冷冻水环节，冷水机无需运行，原设计通风空调水系统示意图见图1。

图1 原设计示意图

3.2 改造实施

（1）管路改造。

连接通风空调系统冷却水进水总管与冷水机组冷冻水供水总管，以取自下水库深层的恒温冷却水直接作为制冷剂制冷（替代原设计由冷水机产生的冷冻水制冷）；连接冷冻水回水总管与冷却水排水总管，以将热交换后的制冷剂直接排出厂房，并在新增的连接管中间安装一只手动蝶阀，以在特殊情况下通过关闭该阀门恢复原设计功能。

（2）加装水过滤器。

在冷却水进水总管前段安装一台滤水器（精度0.8mm，压损＜0.03 MPa），用于保证冷却水水质要求。

（3）改造后通风空调水系统示意图见图2。

(4）运行模式切换。

图2 改造后示意图（红色部分为改造新增设备）

改造后，见图2，关闭黄色框左边所有阀门（冷水机停止运行），打开黄色框内两个新增阀门，按新流程执行。

特殊情况下，如需恢复原设计运行模式，可关闭黄色框内新增阀门，再开启相关阀门按原冷水机组启停流程执行。

4 改造效果

某抽水蓄能电站地下厂房通风空调系统改造后，经过近一年时间的运行，厂房各区域制冷情况基本接近改造前效果（详见表4），环境温度控制能够满足设计及现场要求。

表4 改造前后温度数据

该项目的成功实施可产生较大的节能减耗效益，电站配置有2台30HXC300A型螺杆冷水机组，单台机组额定功率为212kW，若每年按6个月有效运行时间计算，可节约用电：2×212×180×24=1831680 kWh/年，直接经济效益每年可节约电费120万元。

对于同类抽水蓄能电站（冷却水温10℃±2℃），若在设计阶段即进行优化，可节约设备采购投入约120万元（按2台配置设计，某抽水蓄能电站冷水机2007年采购单价约60万元）。

5 结束语

抽水蓄能电站多为地下式厂房结构，通风空调系统是地下式厂房调节环境必不可少的系统，其发展也在不断推进，通过水冷空调系统的改造，抽水蓄能电站地下厂房通风空调系统不仅取得经济上的效益，同时可以为已投运的电站提供改造的思路，也可为后续项目优化设计提供借鉴，节约建设投资，减少运行期间电能消耗，减小安装及后续运维的工作量。

[1] 朱西华，潘公瑾.冰浆蓄冷应用于水冷空调机组冷却水系统技术经济分析［J］.制冷，2007，26（3）：69-71.

[2] 苏宇贵，鲍士雄.一种新型高效、节能水冷空调机组的工程应用［J］. 制冷，1998，70-72.

[3] 全风云，王坤杰.降低抽水蓄能电站综合厂用电量的方法探讨//中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会.抽水蓄能电站工程建设文集2013.北京：中国电力出版社，2013.

[4] 李辉.十三陵地下水电站交通洞通风换热效果实测及理论分析［D］.西安：西安建筑科技大学，2009.

[5] 刘广恩.溪洛渡水电站空调系统节能性分析［J］.水利水电技术，2013.

[6] 杜钊，李初辉.浅析向家坝水电站通风空调控制系统［J］.水电站机电技术，2012.

全风云（1982—），男，硕士，工程师，主要研究方向：抽水蓄能电站运维管理。E-mail：qfy.116@163.com.cn

唐 健（1962—），男，教授级高级工程师,主要研究方向:抽水蓄能电站管理。

胡志平（1978—），男，工程师，主要研究方向:抽水蓄能电站运维管理。

张才军（1968—），男，工程师，主要研究方向:抽水蓄能电站运维管理。

The Transformation of Water-cooled Airconditioning System in Pumped-storage Power Plant Underground Powerhouse

QUAN Fengyun, TANG Jian , HU Zhiping, ZHANG Caijun
(Hubei Bailianhe Pumped Storage Power Co.,Ltd.,Luotian 438600,China)

Through the study of a pumped-storage power station underground powerhouse water-cooled air-conditioning system,underground powerhouse water-cooled air-conditioning system has been modified by use of existing equipment. And by calorie counting,the feasibility transformation has been verified.The pumped-storage reservoir deep water (water temperatures at 50m below surface always keeps about 9℃)replaces chilled,better meeting the design requirements and actual needs, which not only fully enhances the underground powerhouse ventilation and air conditioning system reliability,but also signi fi cantly reduces the operating costs of the system.

Water-cooled air-conditioning system； pumpedstorage power plant；Temperature；Ventilation and air conditioning