李天文

1 電站及機(jī)組概況

越南南科三級(jí)水電站工程位于越南社會(huì)主義共和國(guó)老街省文斑縣南斜社,距城區(qū)約70 km,距中越邊境云南河口口岸約120 km。電站是以發(fā)電為主的水力發(fā)電工程,形式為引水式。本電站大壩、引水系統(tǒng)及壓力鋼管、廠房等部分工程的設(shè)計(jì)和施工由越南河內(nèi)建筑大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)完成;機(jī)電設(shè)備采用總承包(含設(shè)計(jì)和安裝)方式進(jìn)行國(guó)際招標(biāo),通過(guò)國(guó)際招標(biāo),由南寧發(fā)電設(shè)備總廠中標(biāo)。南寧發(fā)電設(shè)備總廠委托廣西河池水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行電站機(jī)電部分的設(shè)計(jì)工作,設(shè)計(jì)工作目前已完成,設(shè)備正在安裝。廠內(nèi)機(jī)電設(shè)備和開(kāi)關(guān)站設(shè)備由南寧發(fā)電設(shè)備總廠負(fù)責(zé)完成。主廠房?jī)?nèi)安裝2臺(tái)立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組,容量為2×9 000 kW,廠房為地面式廠房,進(jìn)廠公路直接通至主廠房安裝間,設(shè)備由廠內(nèi)的橋式起重機(jī)進(jìn)行吊運(yùn)安裝。本電站于2007年11月動(dòng)工,第一臺(tái)機(jī)組計(jì)劃于2010年4月發(fā)電。本電站水頭較高,設(shè)計(jì)推薦采用立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組,水輪機(jī)型號(hào)為CJA475-L-130/4×11.5,發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF9000-10/2600。

2 水輪機(jī)機(jī)型及其參數(shù)選擇

2.1 水輪機(jī)機(jī)型的選擇

南科三級(jí)水電站為引水式電站,從電站水頭看,可選用混流式和沖擊式機(jī)組,經(jīng)綜合比較分析,從性能上,混流式最高效率比沖擊式高,但額定點(diǎn)效率較低,說(shuō)明機(jī)組不在高效區(qū)運(yùn)行。從設(shè)備費(fèi)用上看,雖然混流式轉(zhuǎn)輪直徑小,機(jī)組轉(zhuǎn)速高,表面上可以降低機(jī)組成本,但發(fā)電機(jī)出力為 9 000 kW,機(jī)組轉(zhuǎn)速高達(dá)600 r/min,必定會(huì)增加發(fā)電機(jī)的成本?；炝魇剿啓C(jī)的價(jià)格是低一些,但水輪機(jī)吸出高度約為-3.5 m,會(huì)增加電站廠房的開(kāi)挖量,導(dǎo)致整個(gè)工程造價(jià)增加。

對(duì)于沖擊式水輪機(jī),雖然最高效率比混流式低些,但額定效率卻比混流式高,且沖擊式效率曲線很平緩,經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行。沖擊式機(jī)組價(jià)格相對(duì)較低,安裝高程的確定不影響廠房開(kāi)挖量,可減少土建投資,降低電站成本。另外,目前主機(jī)設(shè)備廠家在轉(zhuǎn)輪加工上采用了新的材質(zhì)和新的加工工藝,增加了轉(zhuǎn)輪的強(qiáng)度,且在中國(guó)國(guó)內(nèi)高水頭沖擊式電站較多,具有良好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),可靠性高。因此,本設(shè)計(jì)推薦采用沖擊式機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 水輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1)轉(zhuǎn)輪。水輪機(jī)采用CJA475轉(zhuǎn)輪配550/850噴嘴,水斗數(shù)18個(gè),材料采用ZG00Cr16Ni5Mo鋼,該轉(zhuǎn)輪的優(yōu)點(diǎn)是效率高,運(yùn)行平穩(wěn),噪聲小。轉(zhuǎn)輪和噴嘴采用超汽蝕設(shè)計(jì),強(qiáng)度高,抗腐蝕性良好。2)主軸。采用20SiMn鋼鍛造而成,兩端法蘭處裝有法蘭罩,以便于發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)輪連接。3)改進(jìn)直流噴嘴減少了反饋桿的推力,簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu),使其控制管路布置簡(jiǎn)單。噴針桿等與水接觸的零件采用不銹鋼材料制作,提高表面光潔度,保證密封件長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。4)配水管。配水管的岔管采用低流阻球岔(流阻系數(shù)0.035),以提高水輪機(jī)效率。5)水導(dǎo)軸承。水輪機(jī)導(dǎo)軸承采用稀油潤(rùn)滑筒式結(jié)構(gòu)形式,它有良好的油循環(huán)和冷卻系統(tǒng),并能自動(dòng)反映油位和軸承運(yùn)行溫度采用透平油潤(rùn)滑,采用水冷卻,潤(rùn)滑油為L(zhǎng)-TSA46號(hào)汽輪機(jī)油,用油量為 230 L,冷卻用水量為20 m3/h,工作水壓0.15 MPa～0.20 M Pa。

3 水輪機(jī)安裝高程的確定

水輪機(jī)安裝高程與尾水的排出高度有關(guān),下游最低水位為512.00 m。經(jīng)計(jì)算分析,最終確定水輪機(jī)的安裝高程為518.00 m。

4 水輪發(fā)電機(jī)

采用與水輪機(jī)配套的常規(guī)水輪發(fā)電機(jī),為立軸懸傘式結(jié)構(gòu),與水輪機(jī)采用法蘭直連,采用密閉通風(fēng)方式,空氣冷卻器冷卻,冷卻水量為98 m3/h。發(fā)電機(jī)采用環(huán)管噴霧方式滅火,滅火用水量9 L/s。發(fā)電機(jī)采用氣壓制動(dòng)方式,工作壓力為 0.5 MPa～0.7 MPa,制動(dòng)時(shí)間2 min,制動(dòng)用氣量 2 L/s。

5 水輪機(jī)附屬設(shè)備

1)調(diào)速器。采用可編程微機(jī)調(diào)速器,型號(hào)為CJWT-PLC-4/1-6.3,額定工作油壓為6.3 MPa,調(diào)速器自帶壓力油源,油箱有效容積330 L。操作油選用L-TSA46號(hào)汽輪機(jī)油。2)進(jìn)水閥門。采用自閉式液控球閥,型號(hào)為QF500-WY-750,直徑為750 mm,額定工作油壓為4.0 MPa。開(kāi)閥時(shí)間在 30 s～120 s可調(diào),快速關(guān)閥時(shí)間在5 s～30 s可調(diào),慢速關(guān)閥時(shí)間在 10 s～120 s可調(diào)。每個(gè)進(jìn)水球閥單獨(dú)設(shè)有油壓裝置,型號(hào)為DK-40-16,額定工作油壓為4.0 MPa。

6 調(diào)節(jié)保證計(jì)算

本電站壓力輸水管系統(tǒng)采用聯(lián)合供水方式。根據(jù)電站電氣主接線方式,兩臺(tái)機(jī)組存在同時(shí)甩全負(fù)荷的可能。經(jīng)計(jì)算,得出調(diào)保計(jì)算成果如下:1)水輪機(jī)額定流量Q=2.9 m3/(s·臺(tái))。2)壓力鋼管段總水力損失:∑h=27.5 m。3)發(fā)電機(jī)飛輪力矩:GD2=150 t·m2。4)流道:∑LV=6 019 m2/s。5)噴針開(kāi)關(guān)時(shí)間:T1=30 s。6)折向器關(guān)閉時(shí)間:T2=3 s。7)最大壓力上升值:ξ=6.8%。8)最大速率上升值:β=18.5%。

機(jī)組的壓力上升值、轉(zhuǎn)速上升值均滿足SDJ 173-85水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范要求。

7 水力機(jī)械輔助設(shè)備

7.1 廠內(nèi)橋式起重機(jī)

選用1臺(tái)起重量為40/10 t電動(dòng)雙梁雙鉤橋式起重機(jī),跨度10.5 m,主鉤起升高度16 m,提升速度7.5 m/min,副鉤起升高度18 m,提升速度19.5 m/min,工作級(jí)別為M5。

7.2 油系統(tǒng)

本電站僅設(shè)透平油系統(tǒng)。選用透平油牌號(hào)為GB 11120-89標(biāo)準(zhǔn)46號(hào)L-TAS汽輪機(jī)油。蓄油設(shè)備:一臺(tái)機(jī)組最大用油量為1.53 m3,調(diào)速器用油量 330 L和進(jìn)水蝶用油量100 L、進(jìn)水球閥油壓裝置用油量135 L及管路存油量,并按1.1倍最大用油量確定油罐容積:選用1個(gè)3 m3凈油罐,1個(gè)3 m3運(yùn)行油罐,1個(gè)3 m3污油罐,即可滿足。濾油設(shè)備:按用油量,選擇1臺(tái)CJZQ-2型透平油專用濾油機(jī),Q=2.0 m3/h;1臺(tái)LY-50型壓力濾油機(jī),Q=3.0 m3/h,配2個(gè)DX-1.0濾紙烘箱;2臺(tái)KCB-33型齒輪油泵,Q=2.0 m3/h,2臺(tái)WCB-30型移動(dòng)式齒輪,Q=1.5 m3/h等設(shè)備,作為向設(shè)備添、排油和油處理用。油化驗(yàn)設(shè)備:由業(yè)主根據(jù)越南電站的運(yùn)行需要自行配置(在合同談判時(shí)已明確)。

7.3 氣系統(tǒng)

本電站僅設(shè)低壓壓縮空氣系統(tǒng)。低壓壓縮空氣系統(tǒng)主要用于機(jī)組的正常制動(dòng)用氣,吹掃和風(fēng)動(dòng)工具用氣,工作壓力為0.7 MPa。選用1個(gè)1.5 m3儲(chǔ)氣罐和2臺(tái) UP5-7-10型低壓空壓機(jī),Q=0.96 m3/min,N=7.5 kW,P=1.0 MPa,互為備用,即可滿足系統(tǒng)供氣需求。

7.4 水系統(tǒng)

1)技術(shù)供、排水系統(tǒng)。本電站設(shè)計(jì)水頭為356.50 m,選擇采用水泵供水作為技術(shù)供水方式,每臺(tái)機(jī)設(shè)一個(gè)單獨(dú)的供水系統(tǒng),設(shè)2臺(tái)水泵,一個(gè)濾水器。供水泵從512.50 m高程的技術(shù)供水池取水。每個(gè)供水系統(tǒng)選用1臺(tái)ZLSH-200型全自動(dòng)濾水器,過(guò)流量為340 m3/h,過(guò)濾精度 2.0 mm,工作壓力不大于1.0 MPa,壓力損失0.01 MPa～0.03 MPa,自動(dòng)反沖洗時(shí)間5 min,對(duì)水源進(jìn)行過(guò)濾。

2)廠內(nèi)排水系統(tǒng)。a.機(jī)組檢修排水。本電站為引水式電站,沖擊式機(jī)組,無(wú)需設(shè)置檢修排水系統(tǒng)。b.廠內(nèi)滲漏排水。廠內(nèi)滲漏排水主要包括廠房水下部分水工結(jié)構(gòu)滲漏水,壓力鋼管伸縮節(jié)漏水、閥門漏水、廠內(nèi)其他部位漏水等排水。在廠內(nèi)512.50 m高程設(shè)置一滲漏集水井,集水井的有效容積為18.5 m3。選用2臺(tái)80WQ/C470-3.0型移動(dòng)式潛水排污泵進(jìn)行排水,流量為65 m3/h,揚(yáng)程為10 m,功率為3 kW,互為備用。2臺(tái)水泵能自動(dòng)切換,排水泵的啟停由集水井中的液位信號(hào)器發(fā)出的信號(hào)自動(dòng)控制。

7.5 水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1)全廠性量測(cè)項(xiàng)目。a.進(jìn)水口水位,采用XPT135型靜壓式液位變送器進(jìn)行測(cè)量,量程:17.2 m,4 mA～20 mA輸出,電壓DC24 V。b.中間壓力前池水位,采用 XPT135型靜壓式液位變送器進(jìn)行測(cè)量,量程:16.4 m,4 mA～20 mA輸出,電壓DC24 V。c.尾水位,采用XPT135型靜壓式液位變送器進(jìn)行測(cè)量,量程:3.0 m,4 mA～20 mA輸出,電壓 DC24 V。另外,電站工作人員可自行設(shè)置測(cè)水尺,供人工目測(cè)觀察。d.過(guò)流量,采用FC-80FS型超聲波流量計(jì)測(cè)量,測(cè)量周期500 m/s(每秒 2次),精度1%,4 mA～20 mA輸出,電壓DC24 V,通訊接口RS485。e.水池水位,各個(gè)需要測(cè)量水位的水池均采用WKD型液位變送器測(cè)量,4 mA～20 mA輸出,電壓DC24 V。

2)機(jī)組段量測(cè)項(xiàng)目。a.進(jìn)水球閥前后采用壓力表及壓力變送器測(cè)量。b.冷卻總管水溫采用WZP,Pt100型溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量。c.冷卻總管水壓采用ZYB型壓力變送器進(jìn)行測(cè)量。

8 結(jié)語(yǔ)

本電站設(shè)計(jì)充分考慮了國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和越南業(yè)主的實(shí)際需求,對(duì)廠內(nèi)設(shè)備進(jìn)行了合理的選擇和布置,做到安全可靠、簡(jiǎn)單、節(jié)省、高效要求。在與越南設(shè)計(jì)院的合作中,雙方能夠開(kāi)誠(chéng)布公,真誠(chéng)協(xié)作,充分諒解,使雙方的設(shè)計(jì)工作得以順利開(kāi)展,及時(shí)出版施工圖紙,保證電站施工進(jìn)度。

[1]《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)(水力機(jī)械)[M].北京:水利電力出版社,1983.

[2]DL/T 5186-2004,水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]DL/T 5066-1996,水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[4]凌振瀛,林 瓊.水斗式水輪機(jī)選型和制造問(wèn)題的探討[J].大電機(jī)技術(shù),1994(5):251-252.

[5]劉永貴.水輪機(jī)選型的初步設(shè)計(jì)[J].水利水電快報(bào),1994(3):95-96.