伊辛巴水電站水力機械輔助系統設計

李彥浩

（上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434）

1 概述

伊辛巴水電站位于烏干達共和國南部維多利亞尼羅河上，電站采用河床式地面廠房，廠房尾水與下游河道直接相連。樞紐主要建筑物包括攔河大壩、溢洪道、發電廠房及132 kV開關站。電站主要特性參數如表1所示：

表1 電站特性參數表

該電站4臺機組已在2019年1月全部投產發電，圖1為該電站整體面貌實景圖。

圖1 伊辛巴水電站實景圖

2 水輪機及其附屬設備

2.1 水輪機型式及基本參數

本電站機組裝設4臺立式軸流轉槳式水輪發電機組，單機容量為45.8 MW。水輪機的主要參數如表2所示：

表2 水輪機特性參數表

2.2 水輪機安裝高程

本電站水輪機安裝高程為1 033.60 m。根據制造廠提出的參數，初生空化系數σi=0.82～0.92，臨界空化系數σc=0.69～0.8，相應的水頭在16.45 m～15.0 m，水輪機無汽蝕運行所需的吸出高度為-4.89 m～-5.40 m，當Hs=-5.40 m時，水輪機安裝高程約為1 033.60 m。考慮到本電站需在高于額定水頭的某水頭（約16.0 m）以上運行時，水輪機應能以51.8 MW超出力長期穩定運行以及在最高水頭17.9 m附近時以61 MW超出力短期穩定運行的不利情況，在最大水頭時空化系數按0.65考慮，取1.25的安全系數，則吸出高度約為-5.69 m，留一定的安全余量，推薦水輪機的吸出高度為-6 m，相應的水輪機安裝高程為1 033.1 m。

2.3 水輪機附屬設備

2.3.1 調速器和油壓裝置

每臺機組均配備1臺具有PID調節規律的微機型電液調速器，調速器具有較高的靈敏度、良好的運行穩定性及優良的調節品質。額定操作油壓為6.3 MPa,導葉接力器開啟時間為5～60 s可調節。每臺調速器配置一套油壓裝置，包括驅動電機、螺桿式油泵、壓力油罐、回油箱、組合式閥門等設備。

2.3.2 廠內橋式起重機

本電站水輪發電機組最重起吊部件為發電機轉子，轉子重約213 t～227 t，起吊轉子的起吊軸重約10 t，平衡梁重約20 t，則最大起吊重量約243 t～257 t，因此，為滿足設備安裝和檢修的需要，選用2臺175/50/20 t型電動橋式起重機，跨度19.60 m。根據起吊發電機轉子的需要，配備平衡梁1套。橋機特性參數表如表3所示。

表3 橋機特性參數表

3 輔助系統設計

3.1 技術供水系統

技術供水系統供水對象為發電機空氣冷卻器、上導軸承冷卻器、下導及推力軸承冷卻器、水導軸承冷卻器及水輪機主軸密封潤滑用水。本電站水輪機運行水頭范圍為11.10 m～17.90 m，冷卻水系統采用單元供水方式，有兩路水源，主水源采用閉式循環系統，熱交換器采用尾水冷卻器，循環水來自凈水系統，運行時由高位膨脹水箱從凈水系統取水，通過水泵加壓進入尾水冷卻器進行冷卻，再進入供水對象；備用水源采用直接供水系統從下游尾水取水，通過冷卻水泵，濾水器后進入供水對象，通過閥門進行兩個系統的切換。主軸密封潤滑水取自尾水，由主軸密封供水泵直接供水，每臺機組設兩臺，一臺工作，一臺備用，當機組冷卻采用直接供水時，主軸密封供水也可由冷卻供水泵直接供水。

3.2 檢修排水系統

電站采用直接排水方式，機組檢修排水具體操作方法為：機組檢修前，關閉進出水流道檢修閘門，打開蝸殼側面排水閥，將蝸殼底部0.3 m以上的積水排至尾水管；打開尾水管側面排水閥，將尾水管底部0.3 m以上的積水排至位于尾水管底部的排水總管內，然后再通過支管引至檢修排水泵，由該水泵排至尾水。抽干積水后，關閉檢修排水泵，打開蝸殼底部和尾水管底部的排水閥，將底部積水排至油水分離池。本電站檢修排水系統選用4臺Q=650 m3/h，H=41 m的檢修排水泵和2臺Q=359 m3/h,H=40 m的檢修排水泵。

3.3 滲漏排水系統

廠內滲漏排水系統設置1只集水井，集水井有效容積取350 m3，為避免將廠內的油污水直接排至下游河流，該井設有2個腔，一個為油水分離腔，另一個為凈水腔，中間設有隔墻，隔墻底部設有聯通管，含油污水首先進入油水分離腔，由于油比水輕，油污漂浮于水上，下部的凈水通過聯通管進入凈水腔，凈水腔中的凈水將通過設于該腔內的排水泵排至尾水，配置2臺滲漏排水泵，2臺應急排水泵，Q=350.6 m3/h,H=45.2 m。為方便集水井清污，井內配置1臺Q=30 m3/h,H=40 m的潛水排污泵。

油水分離腔的有效容積約140 m3，油水分離腔內的含油污水將根據腔內的油污情況定期或自動由浮油收集機清理，為此，配置2臺浮油收集機。

3.4 中壓壓縮空氣系統

本系統主要供氣對象是調速系統油壓裝置用氣，調速器壓力油罐額定工作壓力為6.30 MPa，壓力油罐容積約8 m3，其中壓縮空氣的容積約5.2 m3，為了提高中壓壓縮空氣的供氣質量，空壓機的排氣壓力為10 MPa，減壓比大于1.2。中壓空壓機的排氣量按2 h充滿一臺調速器油壓裝置用氣量確定；中壓貯氣罐的容積按1臺機組的調速器油壓裝置補氣量確定。為了提高中壓壓縮空氣系統可靠性，選用2臺排氣量為2 m3/min的中壓空壓機，貯氣罐首次充氣時兩臺空壓機同時工作，貯氣罐補氣時一臺工作一臺備用；系統配置2只2 m3中壓儲氣罐，空壓機的起停由儲氣罐上的壓力開關自動控制，同時還設置有壓力傳感器，以監視系統壓力。為進一步提高壓縮空氣的干燥度，系統配置1臺氣體干燥裝置。

3.5 低壓壓縮空氣系統

本系統主要用于機組的制動用氣、水輪機檢修密封空氣圍帶用氣、吹掃和風動工具用氣。系統額定壓力為0.7 MPa。本系統選用2臺Q=5.0 m3/min，P=0.8 MPa的空壓機，空壓機的起停由設置在儲氣罐上的壓力開關自動控制，同時還設置有壓力傳感器，以監視系統壓力。配置2只Q=2.0 m3，P=1.0 MPa的制動氣罐，2只Q=1.0 m3，P=1.0 MPa的檢修氣罐。考慮到機組制動時有可靠的氣源，在制動儲氣罐與檢修儲氣罐之間設一連絡管，并設有止回閥，檢修用氣罐可作為制動供氣用氣的補充氣源。為提高壓縮空氣的干燥度，系統配置1臺氣體干燥裝置，Q=5.5 m3/min，P=1.0 MPa。

3.6 透平油系統

透平油系統主要作用是滿足機組軸承潤滑和設備操作用油。系統包括接收新油、貯油、油的凈化處理以及向機組各個軸承、調速器油壓裝置等供、排油。為滿足機組供油、排油及油處理的需要，選用2只25 m3凈油罐，2只25 m3運行油罐，2臺ZJCQ-4型透平油濾油機，2臺2CY-6/3.3-1型油泵，1臺0.5 m3的移動油罐，2臺在線過濾裝置。

3.7 絕緣油系統

變壓器用油須在現場進行加油、干燥和清潔。為此設置移動式的油泵、油罐和油處理設備。本電站一臺變壓器用油量為20 m3，油泵容量按4～6 h充滿一臺變壓器，濾油機按不大于8 h過濾一臺變壓器用油量，配置2臺Q=6 m3/h的移動齒輪油泵，1臺精密濾油裝置，2臺雙級真空凈油裝置，以及1臺真空抽氣裝置。

3.8 水力量測系統

水力量測系統的主要任務是經常地或定期地監測機組和全廠有關水力參數，以保證電站的安全經濟運行。電站水力量測系統分全廠監測項目和機組段監測項目兩部分。全廠性監測項目主要有上、下游水位、電站毛水頭、攔污柵前后壓差、進水口事故閘門前后壓差等監測項目；機組段監測項目主要有蝸殼進口壓力、水輪機頂蓋壓力、尾水管進口真空壓力、尾水管壓力脈動、尾水管出口壓力、機組凈水頭、機組流量、機組振動、機組擺度、抬機量等監測項目，以保證電站和機組安全穩定運行。

4 機電設備布置

技術供水設備布置在蝸殼層的技術供水設備室內，檢修排水設備和滲漏排水設備布置在尾水管層的檢修集水井和滲漏集水井內，中低壓壓縮空氣系統布置在水輪機層安裝間下部的壓縮空氣設備室內，透平油系統設備布置在水輪機層安裝間下部的透平油設備室內，絕緣油系統設備布置在變壓器事故油坑附近。

5 結語

烏干達伊辛巴水電站已發電運行，本文選用的水力機械輔助設備先進合理，滿足了電站各個輔助系統長期安全穩定運行的要求。