楊洪濤

(江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)

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洪屏抽水蓄能電站機(jī)電設(shè)備選型與變更、優(yōu)化分析

楊洪濤

(江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)

對(duì)洪屏抽水蓄能電站主要的機(jī)電設(shè)備選型、設(shè)計(jì)變更和優(yōu)化進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)某些特點(diǎn)作了說(shuō)明。洪屏抽水蓄能電站機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量經(jīng)受了運(yùn)行實(shí)踐的檢驗(yàn)，從目前的運(yùn)行情況來(lái)看，電站機(jī)電設(shè)備選型、變更與優(yōu)化論證較為充分、合理，總體上滿足規(guī)程、規(guī)范及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行正常。

機(jī)電設(shè)備；選型；優(yōu)化；洪屏抽水蓄能電站

1 工程概況

江西洪屏抽水蓄能電站為周調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，分二期開(kāi)發(fā)，一期裝機(jī)容量1 200 MW，裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為300 MW的可逆式抽水蓄能機(jī)組，終期裝機(jī)規(guī)模為2 400 MW。設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量17.43億kW·h，年平均抽水電量22.93億kW·h。發(fā)電電動(dòng)機(jī)與主變壓器采用聯(lián)合單元接線，500 kV GIS為雙母線接線，以一回500 kV輸電線路接入江西500 kV夢(mèng)山變電站，并預(yù)留2個(gè)出線間隔。

電站于2012年2月1日主體工程開(kāi)工，2016年1月21日電站500 kV系統(tǒng)倒受電，3月26日1號(hào)機(jī)組首次水泵工況啟動(dòng)，4月30日1號(hào)機(jī)組一次水泵抽水成功，6月底完成15天試運(yùn)行，2、3、4號(hào)機(jī)組計(jì)劃分別于2016年8月、10月、12月投入商業(yè)運(yùn)行。

2 電站主要參數(shù)

2.1 水力特性參數(shù)

洪屏抽水蓄能電站上水庫(kù)正常蓄水位733 m，死水位716 m，正常蓄水位庫(kù)容2 572萬(wàn) m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容2 031萬(wàn) m3；下水庫(kù)正常蓄水位181.00 m，死水位163.00 m，正常蓄水位庫(kù)容5 269萬(wàn) m3，調(diào)節(jié)容3 479萬(wàn) m3。

引水系統(tǒng)采用一洞兩機(jī)的布置方式，引水系統(tǒng)長(zhǎng)1 369.50 ～1 400.60 m，由上庫(kù)進(jìn)/出水口、引水上平洞、調(diào)壓井、引水上豎井、引水中平洞、引水下豎井、引水岔管和支洞等組成，鋼襯長(zhǎng)度918.9～887.8 m，引水隧洞洞徑分別為6.0、5.2、4.8、4.4 m，支洞洞徑3.0 m。

尾水系統(tǒng)采用兩機(jī)一洞布置方式，尾水系統(tǒng)長(zhǎng)1 227.8～1 277.3 m，由尾水支洞、尾水閘門(mén)洞、尾水岔管、尾水隧洞、調(diào)壓井、下庫(kù)進(jìn)/出水口組成，尾水管(支洞)洞徑4.4 m，尾水隧洞洞徑6.5 m。

2.2 水泵水輪機(jī)參數(shù)

水泵水輪機(jī)為立軸單級(jí)混流可逆式，水輪機(jī)容量為306 MW，水泵最大入力309 MW，額定水頭540 m，額定發(fā)電流量63.85 m3/s，額定轉(zhuǎn)速500 r/min，穩(wěn)態(tài)飛逸轉(zhuǎn)速不大于615 r/min，暫態(tài)飛逸轉(zhuǎn)速不大于694.5 r/min，轉(zhuǎn)輪中心最小淹沒(méi)深度-70 m。

2.3 電動(dòng)發(fā)電機(jī)參數(shù)

電動(dòng)發(fā)電機(jī)型式立軸、三相、空冷、傘式可逆式同步電動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電工況額定容量300 MW，電動(dòng)工況額定容量325 MW，發(fā)電電動(dòng)機(jī)額定電壓18 kV，額定功率因數(shù)(發(fā)電/電動(dòng)工況) 0.9(滯后)/0.975(超前)，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2為3 800 t·m2。

3 電站主要機(jī)電設(shè)備選型

機(jī)電設(shè)備是抽水蓄能電站的重要組成部分，設(shè)備選型好壞直接關(guān)系到電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。洪屏電站機(jī)電設(shè)備選型按無(wú)人值班(少人值守)和資產(chǎn)全壽命周期管理原則推行，強(qiáng)化機(jī)電設(shè)備全過(guò)程管控理念，充分借鑒已投運(yùn)蓄能電站機(jī)電設(shè)備運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，提升電站機(jī)電設(shè)備水平。電站主要機(jī)電設(shè)備均通過(guò)國(guó)內(nèi)公開(kāi)招標(biāo)方式確定供貨和制造廠家。

3.1 機(jī)組及其附屬設(shè)備

電站機(jī)組及其附屬設(shè)備由上海福伊特水電設(shè)備有限公司(以下簡(jiǎn)稱“福伊特”)供貨，供貨范圍包括主機(jī)、球閥、調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)、發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備、靜止變頻起動(dòng)裝置、公用油水氣系統(tǒng)等。其中主機(jī)設(shè)備、球閥由福伊特生產(chǎn)；勵(lì)磁系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)變組保護(hù)、靜止變頻起動(dòng)裝置分包給南京南瑞集團(tuán)公司；油、水、氣系統(tǒng)設(shè)備分包給浙江華東機(jī)電工程有限公司。

3.1.1 水泵水輪機(jī)

水泵水輪機(jī)采用上拆方式。轉(zhuǎn)輪為不銹鋼鑄焊結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪直徑高、低壓側(cè)分別為3 850 mm/1 935 mm。葉片、上冠、下環(huán)均采用ASTM A743 CA6NM鑄造后精加工而成。泄水錐在工廠直接焊接到轉(zhuǎn)輪上冠上。水導(dǎo)軸承采用稀油潤(rùn)滑的巴氏合金瓦襯的自潤(rùn)滑軸承，采用外加泵外循環(huán)冷卻方式。主軸密封設(shè)置在導(dǎo)軸承下方主軸穿過(guò)頂蓋的部位，分為工作密封和檢修密封。蝸殼采用B610CF高強(qiáng)度鋼板制作，座環(huán)上、下環(huán)板材質(zhì)為ASTMA216WCC，固定導(dǎo)葉和鼻端導(dǎo)葉材質(zhì)為S550Q，座環(huán)與蝸殼在工廠內(nèi)焊接為一整體，外加2個(gè)湊合段在工地焊接組裝。

3.1.2 電動(dòng)發(fā)電機(jī)

發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸、懸式結(jié)構(gòu)，主軸采用一根軸結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上、下部各設(shè)一個(gè)導(dǎo)軸承。定子機(jī)座為由6個(gè)軸向布置的立筋與8層環(huán)板組構(gòu)成的浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)。定子鐵心采用厚0.5 mm、型號(hào)為M230- 50A優(yōu)質(zhì)冷軋薄硅鋼沖片。定子繞組為整數(shù)槽雙層疊繞組，4支路并聯(lián)，“Y”形連接，采用Micalastic多絕緣系統(tǒng)，360°- Roebel換位，絕緣等級(jí)為F級(jí)。轉(zhuǎn)子采用穿心軸結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子支架以焊接的方式與主軸焊成一體，轉(zhuǎn)子中心體材料為A668M GrD，磁軛沖片材料為高強(qiáng)度鋼板S700MC。上導(dǎo)軸承及推力軸承分開(kāi)設(shè)置，均位于上機(jī)架中心體內(nèi)，下導(dǎo)軸承位于下機(jī)架中心體內(nèi)。導(dǎo)軸承為油浸式、自潤(rùn)滑、分塊瓦可調(diào)式結(jié)構(gòu)。推力軸承采用彈性橡膠墊支撐結(jié)構(gòu)，推力軸瓦共12塊，推力瓦采用鎢金瓦。推力軸承采用外加泵外循環(huán)冷卻方式。

3.1.3 進(jìn)水球閥

進(jìn)水球閥為橫軸雙面密封、雙接力器球閥，公稱直徑2 100 mm，設(shè)計(jì)壓力為887 m。閥體采用高強(qiáng)度鑄鋼，活門(mén)采用鑄鋼整鑄。進(jìn)水球閥上游側(cè)設(shè)一道檢修密封，下游側(cè)設(shè)一道工作密封。不設(shè)旁通管路和旁通閥，蝸殼平壓通過(guò)開(kāi)啟“T”形工作密封，利用活動(dòng)密封和固定密封間隙進(jìn)行充水平壓。球閥額定工作油壓6.3 MPa，液壓系統(tǒng)配置有得電關(guān)閉和失電關(guān)閉緊急電磁閥等。

3.1.4 發(fā)電電壓設(shè)備

離相封閉母線由鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠生產(chǎn)，型式為全連、自冷、離相式，主回路額定工作電壓18 kV，額定電流12 000 A。發(fā)電機(jī)出口斷路器為ABB公司HECPS- 3S型，包括發(fā)電機(jī)斷路器、SFC啟動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)及背靠背啟動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電容器等。換相開(kāi)關(guān)采用瑞士ABB公司HECPS3空氣絕緣、電動(dòng)操作、三相五極產(chǎn)品。發(fā)電電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)采用電阻接地方式，主要設(shè)備有隔離開(kāi)關(guān)、電流互感器和接地變壓器及連接于二次側(cè)的接地電阻器(可調(diào))。

3.1.5 靜止變頻起動(dòng)裝置

靜止變頻起動(dòng)裝置為瑞士ABB公司制造，采用了AC 800PEC控制系統(tǒng)。包括輸入/輸出變壓器、輸入/輸出電抗器、輸入/輸出開(kāi)關(guān)柜、起動(dòng)母線、起動(dòng)母線分段隔離開(kāi)關(guān)、變頻裝置、冷卻系統(tǒng)、控制、保護(hù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。SFC橋臂數(shù)/可控硅方式為12/4+1，額定容量為19 MW，輸出電壓0～19.8 kV，輸出頻率0～52.5 Hz，啟動(dòng)時(shí)間240 s。

3.1.6 控制保護(hù)設(shè)備

(1)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是南京南瑞公司生產(chǎn)，采用基于UNIX操作系統(tǒng)跨平臺(tái)的全分布開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、NC2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件。由電站控制級(jí)和單元控制級(jí)等設(shè)備組成。電站控制級(jí)采用高度冗余設(shè)計(jì)，為雙主計(jì)算機(jī)互為熱備用方案；單元控制級(jí)設(shè)有10個(gè)現(xiàn)地控制單元及有關(guān)遠(yuǎn)程I/O設(shè)備；局域網(wǎng)絡(luò)采用100 Mb/s交換式冗余以太網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

(2)調(diào)速器系統(tǒng)。調(diào)速器系統(tǒng)是由德國(guó)福伊特公司生產(chǎn)，采用PID調(diào)節(jié)的數(shù)字式電液調(diào)速器，主配壓閥直徑為50 mm，電液轉(zhuǎn)換器為比例閥，采用一段關(guān)閉規(guī)律，液壓控制配有事故配壓閥、開(kāi)停機(jī)電磁閥、手/自動(dòng)切換閥、緊急停機(jī)電磁、得電關(guān)閉電磁閥和失電關(guān)閉電磁閥，額定工作油壓6.3 MPa。調(diào)速器的速度測(cè)量采用齒盤(pán)測(cè)速和殘壓測(cè)速，配置機(jī)械過(guò)速開(kāi)關(guān)(飛擺)，機(jī)械二級(jí)過(guò)速動(dòng)作后通過(guò)油路直接作用于關(guān)閉球閥。

(3)勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)由國(guó)電南瑞生產(chǎn)，采用自并勵(lì)可控硅靜止整流勵(lì)磁方式，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器型號(hào)為NES6100。勵(lì)磁變變壓器接在主變壓器低壓側(cè)，額定容量為3×610 kV·A，廣東順特電氣設(shè)備有限公司制造。勵(lì)磁變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)配置在勵(lì)磁變旁，開(kāi)關(guān)型號(hào)為ABB E3H- 2500。滅磁開(kāi)關(guān)為法國(guó)Lenoir CEX06- 3200 4.2。額定勵(lì)磁電190 V，額定勵(lì)磁電流2 346 A；空載勵(lì)磁電壓91V，空載勵(lì)磁電流1 305A。

(4)繼電保護(hù)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)、主變壓器、500 kV短引線、高壓廠變、SFC輸入變保護(hù)系統(tǒng)及機(jī)組保護(hù)故障錄波系統(tǒng)由南瑞繼保供貨。其中，發(fā)電電動(dòng)機(jī)、主變壓器、高壓廠變、SFC輸入變選用RCS- 985系列微機(jī)保護(hù)裝置。短引線選用PCS- 915系列母線保護(hù)裝置。故障錄波器選用PCS- 986系列故障錄播與分析裝置。

3.1.7 油、氣、水系統(tǒng)

(1)油系統(tǒng)。電站油系統(tǒng)分為透平油系統(tǒng)和絕緣油系統(tǒng)。透平油系統(tǒng)的主要用油設(shè)備為機(jī)組各軸承、調(diào)速系統(tǒng)用油及球閥油壓裝置用油。透平油的牌號(hào)為L(zhǎng)- TSA 46 號(hào)透平油。電站絕緣油系統(tǒng)不設(shè)置單獨(dú)的絕緣油庫(kù)，僅設(shè)置必要的絕緣油處理設(shè)備，在現(xiàn)地向主變充油及真空注油。絕緣油的牌號(hào)為NYNAS10GBX。

(2)壓縮空氣系統(tǒng)。電站壓縮空氣系統(tǒng)分為中壓壓縮空氣系統(tǒng)和低壓壓縮空氣系統(tǒng)。其中中壓壓縮空氣系統(tǒng)包括工作壓力為8.0 MPa的水泵工況啟動(dòng)和調(diào)相壓水用氣、調(diào)速器油壓裝置用氣、球閥油壓裝置用氣和經(jīng)減壓至工作壓力為1.6 MPa的主軸檢修密封、清污吹掃用氣；低壓氣系統(tǒng)工作壓力為0.8 MPa，包括機(jī)組制動(dòng)、檢修吹掃用氣等。中低壓空壓機(jī)均選用英國(guó)Gardner Denver公司產(chǎn)品，其中中壓空壓機(jī)4臺(tái)，型號(hào)V660M-WN，排氣量8 m3/min，水冷，3主1備。

(3)技術(shù)供水系統(tǒng)。機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)采用單元供水方式，每臺(tái)機(jī)組從尾水管取水經(jīng)水泵加壓供水至用戶，然后排回至尾水支管，取、排水口間距約79 m。每臺(tái)機(jī)組設(shè)兩套獨(dú)立的全自動(dòng)濾水器、水泵、泵控閥，兩套互為備用。全廠設(shè)有1根DN400技術(shù)供水聯(lián)絡(luò)總管，可實(shí)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組技術(shù)供水的互為備用。水泵選用上海凱士比泵有限公司產(chǎn)品，臥式雙吸離心泵，額定流量約1 260 m3/h，揚(yáng)程46 m；濾水器選用天津水利電力機(jī)電研究所產(chǎn)品，型號(hào)為FZLQ-A- 350，過(guò)濾精度0.5 mm，流量1 300 m3/h。

(4)排水系統(tǒng)。機(jī)組檢修排水系統(tǒng)采用間接排水方式。每臺(tái)機(jī)組尾水管底部設(shè)有一根DN400的排水支管，支管上設(shè)置設(shè)有一個(gè)DN400手/電動(dòng)球閥，引至DN450全廠檢修排水總管。檢修時(shí)將尾水管中積水經(jīng)檢修排水泵排至DN450排水總管，總管埋設(shè)經(jīng)1號(hào)尾水隧洞、尾水調(diào)壓井后排至尾調(diào)通氣洞自流至下庫(kù)。排水泵選用上海凱泉泵業(yè)(集團(tuán))有限公司產(chǎn)品，型式為多級(jí)節(jié)段臥式離心泵，主排水泵2臺(tái)，單臺(tái)流量280 m3/h，揚(yáng)程129 m；輔助排水泵2臺(tái)，單臺(tái)流量85 m3/h，揚(yáng)程135 m。

3.2 升壓變電設(shè)備

3.2.1 主變壓器

電站共設(shè)有4臺(tái)型號(hào)為SSP- 360000/500的三相雙圈強(qiáng)油循環(huán)水冷、高壓側(cè)帶無(wú)勵(lì)磁分接開(kāi)關(guān)的銅繞組升/降壓電力變壓器，由特變電工衡陽(yáng)變壓器有限公司生產(chǎn)。額定電壓525kV±2×2.5%/18kV。主變壓器低壓側(cè)經(jīng)油/空氣套管與18kV離相封閉母線相連，高壓側(cè)通過(guò)油/SF6套管與GIS相連。主變壓器中性點(diǎn)采用油/空氣套管引出直接接地。4臺(tái)冷卻器緊靠每臺(tái)主變壓器的高壓側(cè)(C相)布置，由保定多田冷卻設(shè)備有限公司制造，油流量為120 m3/h，冷卻水流量為36 m3/h。

3.2.2 500 kV 氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(GIS)

550kV GIS分為地面與地下兩部分，地面戶內(nèi)GIS采用雙母線，包括2串進(jìn)線間隔、1串出線間隔、2串母線PT間隔及SF6管線等。地下GIS采用2組聯(lián)合單元接線，每組聯(lián)合單元包括2串隔離開(kāi)關(guān)及CT間隔、1串避雷器間隔及SF6管線。GIS為上海西門(mén)子公司生產(chǎn)，型號(hào)為8DQ1，額定電流4 000 A，額定短時(shí)耐受電流63 kA/2s。

3.2.3 500 kV電纜及附件

500 kV電纜生產(chǎn)廠家為河北新寶豐電線電纜有限公司，電纜終端為江蘇安靠智能輸電工程科技股份有限公司。2個(gè)回路總長(zhǎng)約6 000 m，單相長(zhǎng)約1 000 m。與地下GIS相連的電纜終端采用外置干式水平電纜終端，與地面戶內(nèi)GIS相連的電纜終端采用外置干式垂直電纜終端。500 kV高壓電纜選用XLPE- 800 mm2、單相、銅芯、交聯(lián)聚乙烯擠包絕緣電纜，采用5分割結(jié)構(gòu)組合導(dǎo)體，額定電流1 108 A，導(dǎo)體短時(shí)耐受電流63 kA/2s。

3.3 其他機(jī)電設(shè)備

3.3.1 廠用電系統(tǒng)

電站設(shè)2臺(tái)6 300 kV·A高壓廠用變壓器，生產(chǎn)廠家為許繼變壓器有限公司，分別從1、4號(hào)主變壓器低壓側(cè)的廠用分支母線經(jīng)限流電抗器各引接一回，并從電站35 kV施工變電所(永臨結(jié)合)經(jīng)8 000 kV·A變壓器降壓至10 kV后作為廠用電備用電源。同時(shí)增設(shè)一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，作為保安負(fù)荷的電源，柴油發(fā)電機(jī)組為科泰電源(上海)設(shè)備有限公司生產(chǎn)，額定電壓400 V，額定功率1 224 kW。

電站10 kV母線共分3段，正常運(yùn)行時(shí)，Ⅰ、Ⅱ段母線單獨(dú)運(yùn)行。當(dāng)Ⅰ段母線(或Ⅱ段母線)失電時(shí)，Ⅲ段母線上相應(yīng)的母聯(lián)開(kāi)關(guān)自動(dòng)投入；工作母線(I、II段母線)相互之間為第二備用。當(dāng)10 kVⅠ、Ⅱ段和外來(lái)備用電源全部失電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，提供事故保安電源。10 kV配電變壓器均由天津特變電工變壓器有限公司生產(chǎn)。

3.3.2 直流電源系統(tǒng)

電站直流電源系統(tǒng)采用220 V電壓等級(jí)，主要供電負(fù)荷為機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的直流起勵(lì)、機(jī)組高壓油泵的直流電動(dòng)機(jī)、控制保護(hù)、開(kāi)關(guān)設(shè)備控制等。事故照明電源由逆變電源提供。電站共設(shè)5套DC220 V直流電源系統(tǒng)(地下廠房、開(kāi)關(guān)站、上庫(kù)進(jìn)出水口、下庫(kù)進(jìn)出水口、下庫(kù)大壩各設(shè)置1套)、2套地下廠房電力用逆變電源系統(tǒng)、1套地下廠房電力用交流不間斷電源、2套地面500 kV開(kāi)關(guān)站電力用交流不間斷電源系統(tǒng)，其中直流系統(tǒng)由深圳奧特迅電力設(shè)備股份有限公司供貨，逆變電源系統(tǒng)由江蘇吾能供貨，UPS由杭州奧能電源設(shè)備股份有限公司供貨。

蓄電池采用江蘇理士密封免維護(hù)閥控式鉛酸蓄電池。地下廠房每組蓄電池容量為1 200 A·h；開(kāi)關(guān)站每組蓄電池容量為300 A·h；上庫(kù)、下庫(kù)進(jìn)出水口及下庫(kù)大壩每組蓄電池容量為100 A·h。

4 主要機(jī)電設(shè)備變更優(yōu)化分析

由于在機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造、安裝等階段受各種限制條件較多，為了保障機(jī)電設(shè)備正常安裝和投運(yùn)后設(shè)備的安全可靠，在機(jī)電設(shè)備合同執(zhí)行階段發(fā)生變更和優(yōu)化是不可避免的。下面重點(diǎn)分析幾項(xiàng)較大的設(shè)備變更和優(yōu)化。

4.1 主要機(jī)電設(shè)備變更

4.1.1 定子基礎(chǔ)埋件變更

洪屏電站定子基礎(chǔ)設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：減小基礎(chǔ)板的高度和提高結(jié)構(gòu)剛度使得定子的切向力傳遞到混凝土上，使其受力均勻并減小彎矩，定子基礎(chǔ)板上設(shè)有4個(gè)錨桿，用于承受定子機(jī)座切向力產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)力矩，并取消了預(yù)緊螺栓?；驹硎嵌ㄗ踊A(chǔ)板鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)下面的5個(gè)筋板傳遞給二期混凝土，然后二期混凝土通過(guò)一期混凝土的錨筋及兩期混凝土之間的摩擦力和粘接力傳遞給再傳遞到下部和側(cè)面的一期混凝土。電站定子基礎(chǔ)預(yù)埋件設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 洪屏定子基礎(chǔ)預(yù)埋件示意(單位：mm)

由于機(jī)電設(shè)計(jì)與土建設(shè)計(jì)溝通、理解不到位，電站定子基礎(chǔ)的實(shí)際情況是：未在二期混凝土埋設(shè)錨筋，且未對(duì)側(cè)面210 mm高凸臺(tái)一期混凝土提出承擔(dān)相應(yīng)的切向力要求。福伊特針對(duì)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)對(duì)基礎(chǔ)板、一期和二期混凝土進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析和計(jì)算，基礎(chǔ)板底部二期混凝土和一期側(cè)面凸臺(tái)的應(yīng)力在發(fā)電機(jī)最大故障扭矩工況(發(fā)電機(jī)兩相短路和非同期合閘)時(shí)不滿足強(qiáng)度要求，存在定子基礎(chǔ)移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)定子基礎(chǔ)進(jìn)行加固改造。

經(jīng)計(jì)算分析，在定子基礎(chǔ)板外側(cè)焊接85 mm厚鋼板，同時(shí)將7個(gè)8.8級(jí)的喜利得螺栓植入一期混凝土，用該螺栓預(yù)緊定子基礎(chǔ)加強(qiáng)板；在一期混凝土凸臺(tái)兩側(cè)植入4個(gè)8.8級(jí)喜利得螺栓，用該螺栓把緊一塊75 mm厚鋼板，且該鋼板內(nèi)徑側(cè)通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)連接到下機(jī)架基礎(chǔ)板上(見(jiàn)圖2)。

圖2 改進(jìn)后的定子基礎(chǔ)埋件三維效果

4.1.2 發(fā)電機(jī)主引出線與離相封閉母線(IPB)連接方式變更

招標(biāo)設(shè)計(jì)階段，IPB伸入風(fēng)罩外壁約200 mm，IPB直接穿過(guò)發(fā)電機(jī)風(fēng)洞混凝土，可拆卸式連接頭在風(fēng)洞混凝土圍墻以內(nèi)(見(jiàn)圖3)。施工階段，由于風(fēng)洞混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)在封閉母線處開(kāi)孔的限制，不能滿足封閉母線伸入風(fēng)洞內(nèi)連接的要求，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)主引出線和封閉母線的連接只能在風(fēng)洞外壁處，因此每臺(tái)機(jī)增加了一組軟連接和連接銅排以及風(fēng)洞孔內(nèi)壁的屏蔽。

圖3 IPB與發(fā)電機(jī)主引出線連接示意

4.2 機(jī)電設(shè)備選型優(yōu)化

(1)勵(lì)磁滅磁開(kāi)關(guān)優(yōu)化。滅磁開(kāi)關(guān)是勵(lì)磁系統(tǒng)中的主要關(guān)鍵部件之一，也是發(fā)電機(jī)組內(nèi)部故障的主要保護(hù)動(dòng)作裝置。根據(jù)主機(jī)合同，福伊特原選用的德國(guó)GE Rapid4207或瑞士UR36/82S磁場(chǎng)斷路器，兩種產(chǎn)品均為單斷口、單觸頭，且在國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站應(yīng)用較少。為確保機(jī)組安全和后期機(jī)組檢修維護(hù)方便，優(yōu)化為在抽水蓄能電站廣泛應(yīng)用且評(píng)價(jià)較高的法國(guó)Lenoir CEX 06 3200A 4.2產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有雙斷口、弧觸頭、主觸頭和輔助觸頭等優(yōu)點(diǎn)。

(2)機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置優(yōu)化。過(guò)速保護(hù)是抽水蓄能機(jī)組水機(jī)保護(hù)的一個(gè)重要組成部分，可以有效防止機(jī)組出現(xiàn)飛逸時(shí)對(duì)機(jī)組造成的重大損害?？煽坑行У臋C(jī)組過(guò)速保護(hù)對(duì)保證機(jī)組安全，避免重大事故發(fā)生具有十分重要的意義。在主機(jī)設(shè)備合同中，福伊特選用的是本廠過(guò)速保護(hù)裝置，考慮該裝置沒(méi)有在國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站應(yīng)用業(yè)績(jī)，后參考國(guó)內(nèi)其他抽水蓄能電站應(yīng)用成熟產(chǎn)品，將機(jī)械過(guò)速裝置優(yōu)化為瑞典原裝圖拉博產(chǎn)品。

(3)機(jī)組振動(dòng)擺度保護(hù)優(yōu)化。振動(dòng)是影響機(jī)組安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的最重要因素之一。過(guò)大的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致材料的疲勞損壞，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至可能引發(fā)嚴(yán)重的機(jī)組毀壞事故。電站機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由福伊特分包給北京華科同安，考慮國(guó)產(chǎn)振動(dòng)擺度保護(hù)功能不夠完善，后在實(shí)施階段每臺(tái)機(jī)組增加配置1 套美國(guó)本特利3 500機(jī)組振擺保護(hù)裝置，其輸出直接作用報(bào)警和機(jī)械跳機(jī)，原機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅用于數(shù)據(jù)采集與分析。

(4)導(dǎo)軸承測(cè)溫電阻優(yōu)化。導(dǎo)軸承溫度是反映機(jī)組設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行是否良好的重要指標(biāo)，由于受其安裝和運(yùn)行條件限制，較易在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中受損或誤發(fā)報(bào)警、跳機(jī)信號(hào)，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行安全。較多已投運(yùn)的蓄能電站由于初期測(cè)溫電阻選型不合理，在投產(chǎn)后利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)導(dǎo)軸承測(cè)溫電阻進(jìn)行了改造。洪屏抽水蓄能電站導(dǎo)軸承測(cè)溫電阻在主機(jī)合同中原選用的是德國(guó)EPHY MESS產(chǎn)品，無(wú)國(guó)內(nèi)蓄能電站運(yùn)行業(yè)績(jī)，后參考國(guó)內(nèi)其他抽水蓄能電站改造經(jīng)驗(yàn)，選用了性價(jià)比較高的深圳泰士特公司測(cè)溫電阻。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前洪屏抽水蓄能電站500 kV系統(tǒng)已受電，1號(hào)機(jī)組已投產(chǎn)。機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量已受到了運(yùn)行實(shí)踐的檢驗(yàn)。從目前的運(yùn)行情況來(lái)看，電站機(jī)電設(shè)備選型、變更與優(yōu)化論證較為充分、合理，總體上滿足規(guī)程、規(guī)范及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行正常。

[1]中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司. 江西洪屏抽水蓄能電站工程機(jī)組啟動(dòng)驗(yàn)收及初期運(yùn)行設(shè)計(jì)報(bào)告[R]. 杭州： 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 2016．

[2]上海福伊特水電設(shè)備有限公司. 洪屏發(fā)電電動(dòng)機(jī)定子基礎(chǔ)預(yù)埋件設(shè)計(jì)變更報(bào)告[R]. 上海： 上海福伊特水電設(shè)備有限公司， 2016．

[3]江西洪屏抽水蓄能有限公司. 江西洪屏抽水蓄能電站機(jī)組及其附屬設(shè)備采購(gòu)合同[R]. 南昌： 江西洪屏抽水蓄能有限公司， 2012．

[4]王君亮. 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理與運(yùn)行維護(hù)[M]. 北京： 中國(guó)水利水電出版社， 2010．

[5]GB/T 18482—2010 可逆式抽水蓄能機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行規(guī)程[S]．

[6]國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW 4172008 新建抽水蓄能電站(機(jī)組)投運(yùn)導(dǎo)則[S]．

(責(zé)任編輯 高 瑜)

Analysis on Electromechanical Equipment Type Selection and Design Optimization of Hongping Pumped-storage Power Station

YANG Hongtao

(Jiangxi Hongping Pumped Storage Co., Ltd., Jing’an 330603, Jiangxi, China)

The type selection, design changes and design optimizations of main electromechanical equipments for Hongping Pumped-storage Power Station are introduced in detail and the main characteristics are described. The design, manufacture and installation quality of electromechanical equipments have been tested by actual operation. Current operation of station shows that the type selection, design changes and optimizations of electromechanical equipments are fully and reasonably argued, which meet the requirements of regulations, specifications and related standards in general．

electromechanical equipment; type selection; optimization; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 15

楊洪濤(1968—)，男，湖北天門(mén)人，教授級(jí)高工，主要從事抽水蓄能電站建設(shè)管理工作．

TV743(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0069- 05