甘　楠

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610072)

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黃金坪水電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)

甘楠

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：介紹了黃金坪水電站水輪發(fā)電機(jī)組及輔助設(shè)備，包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器、橋機(jī)、輔助設(shè)備等。

關(guān)鍵詞：黃金坪水電站；水力機(jī)械；設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1概述

黃金坪水電站位于甘孜藏族自治州康定市黃金坪鄉(xiāng)境內(nèi)，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦二十二級(jí)方案中的第十一級(jí)電站，上游接長(zhǎng)河壩水電站，下游接瀘定水電站。黃金坪水電站壩址上距丹巴縣城約100 km，距長(zhǎng)河壩水電站約20 km，下距瀘定縣城約30 km，距成都約340 km。電站工區(qū)右岸現(xiàn)有省道S211通過并在瓦斯河口與國(guó)道G318線相連接，對(duì)外交通較為方便。

黃金坪水庫(kù)正常蓄水位高程1 476 m，死水位高程1 473 m，具有日調(diào)節(jié)能力，電站總裝機(jī)容量850 MW，采用左、右岸兩個(gè)地下廠房開發(fā)布置方式，其中左岸廠房裝機(jī)容量為800 MW，從水庫(kù)左岸引水發(fā)電，多年平均年發(fā)電量35 億 kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為4 370 h，主要任務(wù)是發(fā)電；右岸廠房裝機(jī)容量為50 MW，從水庫(kù)右岸引水發(fā)電，多年平均年發(fā)電量3.61 億 kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為7 720 h，主要任務(wù)是承擔(dān)電站脫水段環(huán)保供水。

黃金坪水電站建成后將送入四川主網(wǎng)，供電方向?yàn)槿A中電網(wǎng)東部五省及華東電網(wǎng)，配合長(zhǎng)河壩水電站的運(yùn)行方式，黃金坪水電站將相應(yīng)承擔(dān)腰荷和調(diào)峰運(yùn)行任務(wù)。

筆者對(duì)左岸電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。

1.1氣象條件

多年平均年降水量642.9 mm

多年平均氣溫15.4 ℃

極端最高氣溫36.4 ℃

極端最低氣溫-5 ℃

河水多年平均溫度13 ℃

河水最高溫度20.6 ℃

河水最低溫度4.8 ℃

最高月平均相對(duì)濕度90%(25 ℃)

多年平均相對(duì)濕度66%

耐地震能力(地震波為正弦波，持續(xù)時(shí)間三個(gè)波，安全系數(shù)1.67)：

場(chǎng)地地震基本烈度Ⅷ度

地震設(shè)防烈度Ⅷ度

地面水平加速度0.25 g

地面垂直加速度0.167 g

電站所在地重力加速度9.789 m/s2

1.2水位和水頭

(1)水庫(kù)運(yùn)行水位。

正常蓄水位以下庫(kù)容1.276 1億m3

調(diào)節(jié)庫(kù)容0.199億m3

調(diào)節(jié)性能日調(diào)節(jié)

校核洪水位高程(P=0.02%，Q=8 630 m3/s)1 478.93 m

設(shè)計(jì)洪水位高程(P=0.2%，Q=7 250 m3/s)1 476 m

正常蓄水位高程1 476 m

死水位高程1 472 m

(2)下游尾水位。

校核洪水位高程(P=0.2%，Q=7 250 m3/s)1 411.58 m

設(shè)計(jì)洪水位高程(P=0.5%，Q=6 690 m3/s)1 410.91 m

正 常 尾 水 位 高 程(Q=4×338.1 m3/s)為

1 402.39 m

最低尾水位高程(Q=338.1 m3/s)1 399.27 m

(3) 凈水頭。

最大水頭77.7 m

加權(quán)平均水頭70.1 m

汛期(6～10月)加權(quán)平均水頭69.2 m

額定水頭67 m

最小水頭57.4 m

2水輪機(jī)

水輪機(jī)型號(hào)HLD597-LJ-600

臺(tái)數(shù)4臺(tái)

額定出力204 MW

最高效率96.17 %

轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑6 000 mm

轉(zhuǎn)輪出口直徑6 150 mm

額定效率93.73%

額定流量333.72 m3/s

額定轉(zhuǎn)速107.1 rpm

飛逸轉(zhuǎn)速220 rpm

允許最大吸出高度Hs-6.27 m

安裝高程1 393 m

水輪機(jī)總重1 035 t

3水輪發(fā)電機(jī)

型號(hào)SF200-56/13200

型式半傘式

額定功率200 MW

額定容量222.2 MVA

額定功率因數(shù)0.9(滯后)

額定電壓15.75 kV

額定轉(zhuǎn)速107.1 r/min

飛逸轉(zhuǎn)速220 r/min

額定頻率50 Hz

旋轉(zhuǎn)方向俯視順時(shí)針

飛輪力矩不小于62 000 t·m2

推力負(fù)荷1 650 t

4調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)保計(jì)算

4.1調(diào)速系統(tǒng)

調(diào)節(jié)規(guī)律PID

數(shù)量4臺(tái)

導(dǎo)葉主配直徑DN150

壓力油罐容積8 m3

壓力油罐數(shù)量1個(gè)

額定油壓6.3 MPa

回油箱容積10 m3

油泵數(shù)量3臺(tái)

4.2調(diào)保計(jì)算

黃金坪水電站引水發(fā)電系統(tǒng)由兩條引水隧洞、兩個(gè)上游調(diào)壓室、4條引水壓力管道、4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組、4條尾水管組成。輸水系統(tǒng)為2臺(tái)機(jī)共用一個(gè)調(diào)壓室和一條引水隧洞的布置方式(一洞一室兩機(jī))。

導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律為兩段折線關(guān)閉，總關(guān)閉時(shí)間為12.5 s，第一段斜率為1/9，關(guān)閉時(shí)間為4.5 s;第二段斜率為1/16,關(guān)閉時(shí)間為8 s。

導(dǎo)葉從空載開度至全開時(shí)間為25 s。

計(jì)算工況及計(jì)算結(jié)果：

(1)蝸殼最高壓力。

在上庫(kù)正常蓄水位高程1 476 m時(shí)，同一水力單元一臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行，一臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)，在流入調(diào)壓室流量最大時(shí)兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷，最高壓力值為105.43 m。

(2)機(jī)組最高速率上升。

在上庫(kù)正常蓄水位高程1 476 m時(shí)，下游兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行水位為1 401.54 m，同一水力單元的兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩滿負(fù)荷，最大轉(zhuǎn)速上升率為44.6%。

(3)尾水管真空度。

上庫(kù)正常蓄水位高程1 476 m、下游最低尾水位高程1 400.38 m，一臺(tái)機(jī)停機(jī)，另一臺(tái)機(jī)甩最大負(fù)荷227 MW,其值為4.59 m。

5主廠房起重設(shè)備

該電站機(jī)組雙鉤最重起吊件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(帶吊具)，約為650 t，主廠房?jī)?nèi)設(shè)有1臺(tái)350 t+350 t/80 t、跨度26 m的雙小車橋式起重機(jī)，另外設(shè)置一臺(tái)50 t/10 t單小車橋式起重機(jī)，供安裝期間及檢修時(shí)吊運(yùn)小設(shè)備使用。

6輔助設(shè)備系統(tǒng)

6.1技術(shù)供水系統(tǒng)

全廠技術(shù)供水的主要部位有發(fā)電機(jī)上導(dǎo)/推力軸承冷卻用水、空冷器冷卻用水、下導(dǎo)軸承冷卻用水、水導(dǎo)軸承冷卻用水、主軸密封用水和主變冷卻用水以及空調(diào)。

該電站水輪機(jī)工作水頭范圍為57.4～77.7 m ，采用自流減壓供水方式，取水口設(shè)置在壓力鋼管上。機(jī)組供水和主變供水共用，每個(gè)機(jī)組單元設(shè)置兩組，每組分別由濾水器、減壓閥、安全閥及電動(dòng)閥等設(shè)備組成，兩組互為備用。機(jī)組之間通過聯(lián)絡(luò)總管互為備用(設(shè)有電動(dòng)閥聯(lián)通)。

主變和主機(jī)取水口共用，每臺(tái)機(jī)設(shè)兩個(gè)取水口互為備用。

水輪機(jī)主軸密封用水源清潔潤(rùn)滑水取自于全廠清潔供水總管，機(jī)組技術(shù)減壓供水作為備用供水，主、備水源均經(jīng)過兩只濾水器后引至密封副。

6.2廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)

廠房的滲漏排水主要是排廠房?jī)?nèi)的滲漏水、空壓機(jī)室排水以及設(shè)備管路的漏水。

滲漏集水井的有效容積約為636 m3，設(shè)有三臺(tái)潛水深井泵，布置在主廠房#4機(jī)組段端頭；另有一臺(tái)額定流量為100 m3/h的移動(dòng)式潛水排污泵，作為集水井清淤用。

井內(nèi)設(shè)有一套浮子式液位開關(guān)，用以控制水泵的啟停；還設(shè)有兩只壓力式水位傳感器，將集水井的水位信號(hào)送至中控室計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用以實(shí)時(shí)監(jiān)控集水井水位，確保廠房的安全。

6.3機(jī)組檢修排水系統(tǒng)

機(jī)組檢修排水系統(tǒng)主要用于機(jī)組檢修時(shí)排除引水流道、蝸殼和尾水管內(nèi)的積水。機(jī)組檢修排水采用檢修集水井匯集流道集水、通過水泵排水的方式，設(shè)置有四臺(tái)潛水深井泵。檢修集水井的總?cè)莘e約為1 200 m3，布置在主廠房#1機(jī)組段端頭。另有一臺(tái)額定流量為1 00 m3/h、額定揚(yáng)程為55 m的投入式潛水排污泵，作為集水井清淤用。

當(dāng)某臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)，打開尾水管液壓操作盤型閥，將集水通過排水總管排至集水井；機(jī)組檢修排水系統(tǒng)PLC控制柜接收集水井的液位信號(hào)，四臺(tái)水泵同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)排水。當(dāng)水排完后，一臺(tái)水泵作為主用水泵用以排除上、下游閘門的漏水，其余三臺(tái)作為備用水泵。

集水井內(nèi)設(shè)有3只壓力式水位傳感器，其作用是將集水井的水位信號(hào)送至中控室計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控集水井水位，確保廠房安全。

6.4透平油系統(tǒng)

透平油庫(kù)布置在副廠房1 398.4 m高程，油處理室布置在副廠房1 398.4 m高程，主要供機(jī)組推力軸承/上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、調(diào)速器油壓裝置的用油，選用L-TSA46#汽輪機(jī)油。該系統(tǒng)設(shè)有凈油罐兩只、運(yùn)行油罐兩只，每只容積為20 m3。油桶上設(shè)有磁翻板油位計(jì)，既可以直觀顯示，也可以遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)。

為滿足透平油的過濾處理，設(shè)有3臺(tái)2CY-9/3.3-1移動(dòng)式油泵、兩臺(tái)LY-100壓力式濾油機(jī)、一臺(tái)ZJCQ-6透平油濾油機(jī)、1臺(tái)TYG-160精細(xì)過濾機(jī)、2臺(tái)DX-1.2電熱烘箱、一臺(tái)移動(dòng)式0.5 m3油罐。

6.5中壓壓縮空氣系統(tǒng)

中壓氣系統(tǒng)主要供氣對(duì)象為四臺(tái)調(diào)速器的油壓裝置。該系統(tǒng)設(shè)有3臺(tái)活塞式空氣壓縮機(jī)(Q=2 m3/min，PN8 MPa)，兩只4 m3、7 MPa的中壓貯氣罐，布置在副廠房1 399 m高程的空壓機(jī)室內(nèi)。

貯氣罐及油壓裝置初次充氣需3臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)開啟，平時(shí)補(bǔ)氣時(shí)1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修備用，主備機(jī)可以切換?？諌簷C(jī)的起動(dòng)和停機(jī)由安裝在中壓貯氣罐后輸氣干管上的5只單接點(diǎn)壓力開關(guān)控制，同時(shí)，其壓力值由一只壓力變送器上送至電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

6.6低壓壓縮空氣系統(tǒng)

低壓氣系統(tǒng)主要供氣對(duì)象為低壓氣系統(tǒng)，主要供氣對(duì)象為機(jī)組制動(dòng)用氣、機(jī)組檢修密封用氣和風(fēng)動(dòng)工具及吹掃用氣。

該系統(tǒng)設(shè)有3臺(tái)(Q=10 m3/min，PN 0.8 MPa)螺桿空氣壓縮機(jī)，三只5 m3、0.8 MPa的低壓貯氣罐，布置在副廠房1 399 m高程的空壓機(jī)室內(nèi)。

制動(dòng)/工業(yè)供氣貯氣罐初次充氣由3臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)開啟，平時(shí)補(bǔ)氣時(shí)1臺(tái)工作，一臺(tái)備用，主備機(jī)可以切換。制動(dòng)/工業(yè)供氣空壓機(jī)的起動(dòng)和停機(jī)由安裝在低壓貯氣罐后輸氣干管上的5只單接點(diǎn)壓力開關(guān)控制，同時(shí)其壓力值由一只壓力變送器上送至電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

6.7水力量測(cè)系統(tǒng)

全廠性測(cè)量的部位有上、下游水位、攔污柵壓差、調(diào)壓井水位；全部采用投入式壓力傳感器，其信號(hào)均送入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

機(jī)組段測(cè)量包括蝸殼差壓測(cè)流、蝸殼進(jìn)口壓力、蝸殼末端壓力、尾水管進(jìn)口壓力真空、尾水管肘管壓力脈動(dòng)、尾水管出口壓力、轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間壓力、水輪機(jī)頂蓋壓力、水輪機(jī)頂蓋壓力脈動(dòng)、錐管壓力脈動(dòng)、超聲波測(cè)流等。

另外，全廠設(shè)有四套機(jī)組振動(dòng)、擺度測(cè)量監(jiān)測(cè)裝置。

7結(jié)語(yǔ)

筆者介紹了黃金坪左岸電站主機(jī)及輔助設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，旨在對(duì)將來(lái)類似電站設(shè)計(jì)時(shí)參考。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

甘楠(1975-)，男，湖南臨湘人，高級(jí)工程師，學(xué)士，從事水電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)工作.

作者簡(jiǎn)介:

文章編號(hào):1001-2184(2016)02-0041-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV22;TV735

收稿日期:2015-12-31