波波娜水電站水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 峰，安 剛

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

波波娜水電站水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 峰，安 剛

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

通過對(duì)波波娜水電站水力機(jī)械輔助設(shè)備的介紹，按照規(guī)范提出設(shè)計(jì)過程中各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和布置方式，希望對(duì)國內(nèi)外同類型水電站設(shè)計(jì)提供一定的借鑒參考。

輔助設(shè)備；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；參數(shù)選擇

0 前言

波波娜水電站位于新疆和田地區(qū)的喀拉喀什河上，電站距上游烏魯瓦提水利樞紐工程約30 km，距和田市41 km。電站為壩后引水式，工程由攔河壩、泄水建筑物和發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等主要建筑物組成，為地面式廠房。電站最大水頭259.68 m，加權(quán)平均水頭243.13 m，額定水頭242 m，最小水頭236.39 m，發(fā)電引用流量70.41 m3/s。廠房內(nèi)安裝3臺(tái)單機(jī)容量50 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量150 MW，保證出力34.8 MW，多年平均發(fā)電量6.66億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4 439 h。

波波娜水電站按“無人值班（少人值守）”的原則設(shè)計(jì)，全計(jì)算機(jī)監(jiān)控。

1 機(jī)組設(shè)備介紹

波波娜水電站的水輪發(fā)電機(jī)組為福建南電股份有限公司制造，水輪機(jī)型號(hào)為HLA351-LJ-235，額定出力51.55MW，額定效率92.5%，最高效率94.1%，額定轉(zhuǎn)速428.6 r/min，水輪機(jī)安裝高程1 587.3 m。發(fā)電 機(jī) 型 號(hào) 為 SF50-14/4250， 額 定 容 量 為50MW/55.556MVA，額定功率因數(shù)0.9（滯后），額定電壓10.5 kV，額定電流3 054.7 A，額定效率98.2%，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量7 300 kN·m2。

調(diào)速器及其油壓裝置為南京南瑞電氣控制分公司制造，調(diào)速系統(tǒng)采用可編程微機(jī)調(diào)速器，工作油壓6.3 MPa，主配壓閥直徑為80 mm。電氣柜和機(jī)械柜分開設(shè)置。調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：電氣調(diào)節(jié)器+電液隨動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電氣部分調(diào)節(jié)采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。電氣柜采用雙微機(jī)+獨(dú)立電手動(dòng)的電氣控制裝置，機(jī)械柜采用液壓集成技術(shù)，調(diào)速器油壓裝置型號(hào)為HYZ-1.0-6.3。

水輪機(jī)進(jìn)水球閥為湖北洪城通用機(jī)械股份有限公司提供，進(jìn)水球閥型號(hào)為2200Qx7pk47H-35，進(jìn)水球閥液壓站型號(hào)為2200YYZQ。

2 輔助機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 起重運(yùn)輸設(shè)備

電站機(jī)組最重起吊件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，約重130 t。考慮到起吊最重件重量及預(yù)留一定裕量，主廠房內(nèi)設(shè)有1臺(tái)160t/32t/10t的單小車電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，其工作制為A3。在副廠房GIS層設(shè)有1臺(tái)10 t的電動(dòng)單梁吊。

2.2 技術(shù)供水系統(tǒng)

技術(shù)供水對(duì)象為：發(fā)電機(jī)空冷器、推力上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水輪機(jī)水導(dǎo)軸承的冷卻水。由于本電站水頭較高（236.39～259.68 m），根據(jù)規(guī)范及電站實(shí)際情況，供水方式采用水泵加壓供水，水源取自電站尾水渠。水輪機(jī)主軸密封為無接觸金屬密封，不需要密封潤滑水。

電站共設(shè)有6臺(tái)KL200-400K型立式離心泵和6臺(tái)ZLSG-250GⅡ型全自動(dòng)濾水器。每臺(tái)離心泵出水口均裝置1臺(tái)濾水器，其中每2臺(tái)離心泵為一組單元給一臺(tái)機(jī)組供水，2臺(tái)離心泵互為備用。

電站運(yùn)行時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組的冷卻水由立式離心泵從尾水抽水，經(jīng)全自動(dòng)濾水器過濾后接至機(jī)組技術(shù)供水總管，再由總管上引出4根支管分別至空氣冷卻器、推力上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)各用水設(shè)備。為保證技術(shù)供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行及防止檢修時(shí)尾水倒灌進(jìn)廠房內(nèi)，水泵進(jìn)水口裝置有DN250的電動(dòng)球閥和手動(dòng)球閥，電動(dòng)球閥作為工作閥門使用，手動(dòng)球閥作為檢修閥門使用（平時(shí)處于全開狀態(tài)）。水泵出水口裝置有DN250的多功能水泵控制閥。技術(shù)供水總管上設(shè)置有電動(dòng)四通閥，通過四通閥對(duì)管路的切換可實(shí)現(xiàn)技術(shù)供水管路的反向沖洗功能。

全自動(dòng)濾水器配有專用的控制箱，能在現(xiàn)地或遠(yuǎn)方監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)，其電動(dòng)排污閥的動(dòng)作排污由差壓或時(shí)間2種方式控制，濾水器的排污直接排至滲漏集水井內(nèi)。

2.3 消防供水系統(tǒng)

消防用水主水源取自電站尾水，備用水源取自專用的高位消防水池。高位消防水池設(shè)在廠房外的山體上，消防水池有效容積為200 m3。

主水源取水采用2臺(tái)XBD5/25-100-200型立式離心消防泵，從尾水取水至廠內(nèi)消防供水總管，并形成全廠環(huán)管，2臺(tái)立式消防泵互為備用。

消防供水對(duì)象為發(fā)電機(jī)、主副廠房和廠區(qū)的消防設(shè)備，消防水水壓約0.5 MPa。發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)成自動(dòng)水噴霧滅火，設(shè)置有雨淋閥裝置，消防監(jiān)視和滅火投入均可由消防監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行。發(fā)電機(jī)水噴霧滅火雨淋閥由消防監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，經(jīng)人工判斷確認(rèn)后電氣操作投入，以防誤動(dòng)作。其余部位采用消火栓滅火，其中發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層和水輪機(jī)夾層的每個(gè)機(jī)組段設(shè)有1只消火栓，安裝間1只消火栓，廠區(qū)4只室外消火栓。

2.4 機(jī)組檢修排水

機(jī)組檢修排水設(shè)置有檢修集水井，每臺(tái)機(jī)組的尾水管擴(kuò)散段兩側(cè)各安裝有1臺(tái)DN300的尾水管排水盤型閥，閥門操作柄設(shè)置在蝸殼層下游側(cè)的交通廊道內(nèi)，2臺(tái)盤型閥互為備用。當(dāng)機(jī)組需要檢修時(shí)，關(guān)閉尾水閘門打開盤型閥使尾水管內(nèi)的積水自流至檢修集水井。檢修集水井排水設(shè)置有2臺(tái)流量300 m3、揚(yáng)程30 m的長軸深井泵，深井泵由液位變送器控制。

2.5 廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)

廠房內(nèi)滲漏排水主要排廠房內(nèi)的滲漏水、機(jī)組座環(huán)排水、機(jī)組固定導(dǎo)葉排水、機(jī)坑排水、進(jìn)水球閥底部排水、空壓機(jī)室排污、各層地漏排水和設(shè)備管路的漏水。

在主廠房蝸殼層上游側(cè)、水輪機(jī)層上游側(cè)及技術(shù)供水泵室均設(shè)有排水溝，空壓機(jī)室和安裝間設(shè)有地漏，通過DN100的排水管排至廠房內(nèi)的滲漏集水井。

滲漏集水井排水設(shè)置有2臺(tái)流量300 m3、揚(yáng)程30 m的長軸深井泵，2臺(tái)深井泵互為備用。集水井內(nèi)安裝有液位變送器和浮球開關(guān)，浮球開關(guān)控制水泵的啟停，液位變送器將集水井內(nèi)的水位信號(hào)送至電站公用系統(tǒng)LCU，以實(shí)時(shí)監(jiān)控集水井的水位。

2.6 中壓空氣系統(tǒng)

中壓氣系統(tǒng)主要供氣對(duì)象為調(diào)速器的油壓裝置。

該系統(tǒng)設(shè)有2臺(tái)排氣量1m3/min、排氣壓力6.5MPa的中壓空氣壓縮機(jī)（風(fēng)冷、無基礎(chǔ)），1只2m3、7.0 MPa的中壓儲(chǔ)氣罐。空壓機(jī)為三級(jí)壓縮，各級(jí)的保護(hù)采用電接點(diǎn)壓力表。2臺(tái)空壓機(jī)互為備用，主、備空壓機(jī)可以切換。空壓機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)，由安裝在中壓儲(chǔ)氣罐上的5只單接點(diǎn)壓力開關(guān)控制，壓力值由1只壓力變送器送至電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.7 低壓空氣系統(tǒng)

低壓氣系統(tǒng)主要供氣對(duì)象為機(jī)組制動(dòng)用氣、機(jī)組檢修密封用氣、風(fēng)動(dòng)工具吹掃用氣和水泵取水口吹掃用氣。

機(jī)組制動(dòng)供氣選用2臺(tái)排氣量2 m3/min、排氣壓力0.8MPa的低壓空壓機(jī)，1只3m3，氣壓為1.0MPa的儲(chǔ)氣罐。機(jī)組檢修用氣選用1臺(tái)排氣量2 m3/min、排氣壓力0.8 MPa的低壓空壓機(jī)，1只2 m3、氣壓為1.0 MPa的儲(chǔ)氣罐。吹掃氣罐與機(jī)組制動(dòng)儲(chǔ)氣罐用管路連接，中間設(shè)置截止閥和止回閥，以充分利用吹掃氣罐的氣源，保證機(jī)組制動(dòng)有更充足的氣源。空壓機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)，由安裝在中壓儲(chǔ)氣罐上的5只單接點(diǎn)壓力開關(guān)控制，壓力值由1只壓力變送器送至電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.8 透平油系統(tǒng)

透平油庫及油處理室位于安裝間下部水輪機(jī)層，主要供機(jī)組推力軸承上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、進(jìn)水閥和調(diào)速器油壓裝置的用油，選用L-TSA46透平油。

該系統(tǒng)設(shè)置有凈油罐1只、運(yùn)行油罐1只，每只容積為10 m3。油桶上設(shè)置有有機(jī)玻璃油位計(jì)，可以直觀顯示。為滿足透平油的過濾處理，設(shè)有1臺(tái)ZJCQ-2型透平油過濾機(jī)、1臺(tái)JYG50型精密濾油機(jī)、2臺(tái)2CY-5/3.3-1型齒輪油泵。

2.9 水力量測系統(tǒng)

水力量測系統(tǒng)分為全廠性測量和機(jī)組段測量。電站水力測量系統(tǒng)的對(duì)象為機(jī)組運(yùn)行工況、水力參數(shù)、機(jī)組穩(wěn)定性能等。

全廠性測量有水庫水溫測量、上游和下游水位測量、電站毛水頭測量、攔污柵前后壓差測量。上游水位和攔污柵壓差的投入式壓力傳感器設(shè)在發(fā)電洞進(jìn)水口，下游水位的壓力傳感器設(shè)在尾水渠出口閘墩處，全部信號(hào)均送入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

機(jī)組段測量包括蝸殼流量、機(jī)組凈水頭、蝸殼進(jìn)口壓力、尾水管進(jìn)口壓力及壓力脈動(dòng)、尾水管出口壓力、轉(zhuǎn)輪與頂蓋壓力及壓力脈動(dòng)等的測量，均由壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測送入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

波波娜水電站已于2011年4月全部建成發(fā)電，各輔助設(shè)備系統(tǒng)均運(yùn)行正常。電站水力機(jī)械輔助系統(tǒng)設(shè)備先進(jìn)，選型合理，自動(dòng)化程度較高，達(dá)到了“無人值班（少人值守）”的設(shè)計(jì)要求，為電站穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障。

［1］尹述鴻.大朝山水電站水力機(jī)械輔助設(shè)備布置和安裝［J］.水電站機(jī)電技術(shù)，2005（4）：96-97.

TV735

B

1672-5387（2016）07-0065-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.022

2015-12-23

劉 峰（1981-），男，工程師，從事水電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)工作。