越南南邦水電站水力機械設計

李 波

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 概 況

越南南邦（Nam Pong）水電站由中國機械設備工程股份有限公司（CMEC）作為總承包商承擔電站機電部分的設計、供貨、安裝、試運行、培訓等工作內(nèi)容。湖南省水利水電勘測設計研究總院承擔電站機電部分的全部設計工作，土建部分的設計由越方負責。電站機電部分越方采用國際招標，CMEC作為總承包商于2010年7月進行了投標，于2011年4月收到中標通知書，并于2011年8月與越南方簽訂了正式合同。

南邦水電站位于越南Ghee An省 Quy Chau區(qū)，Hieu河支流Nam pong河上。電站主要以發(fā)電為目的，總裝機容量30 MW，年利用小時數(shù)4 320 h，設計年發(fā)電量129.59 GW·h，建成后并入國家電網(wǎng)運行。

電站為引水式，由水庫進水塔、鋼筋混凝土引水洞、帶襯鋼筋混凝土有壓隧洞、壓力鋼管等組成，壓力鋼管在廠房前分成兩支，分別接水輪機蝸殼；壓力鋼管進口處安裝1臺DN2600檢修蝶閥，水輪機蝸殼進口安裝DN1500進水蝶閥。

電站最大水頭169.80 m、額定水頭157.00 m、最小水頭154.80 m，設計安裝2臺15 MW立軸混流式水輪發(fā)電機組。

2 水力機械設計

2.1 水輪發(fā)電機組及附屬設備

水輪機為HL956a-LJ-135型，其主要參數(shù)為：額定出力Pr=15.56 MW，額定流量Qr=10.63 m3/s，額定轉速n=600 r/min，水輪機安裝高程為EL.83.2 m。

發(fā)電機為SF15-10/3000型三相同步發(fā)電機，其主要參數(shù)為：額定容量Nr=15 MW/17.64 MVA，額定電壓Ur=10.5 kV，額定電流Ir=970.3 A，額定功率因數(shù)cosφ=0.85，頻率 50 Hz，飛輪力矩 GD2=760 kN/m2。 發(fā)電機設置最大功率為16.5 MW。

在招標書中要求水輪機進水閥為2臺球閥，目前我國生產(chǎn)的進水蝶閥可適應250 m水頭，電站最大水頭為169.8 m，考慮水錘壓力影響，閥前最大靜水壓為203 m，完全可以采用蝶閥，通過向業(yè)主建議，并進行技術談判，業(yè)主采納了設計方的方案，同意采用2臺DN1500重錘式液控單密封蝶閥，此一項為業(yè)主節(jié)約100余萬元。

由于該電站機組容量較小，導葉接力器所需的操作功約為5 100 kg/m，選用YCVT-6000-16型蓄能式高油壓調(diào)速器2臺，其額定操作油壓16 MPa。

2.2 輔助系統(tǒng)設計

2.2.1 冷卻供水系統(tǒng)

冷卻供水對象主要為發(fā)電機空冷器及發(fā)電機、水輪機軸承潤滑油冷卻器等。按系統(tǒng)冷卻水源溫度在30℃時，單臺機組所需冷卻水量為147 m3/h。電站水頭較高，冷卻供水采用水泵單元供水，每臺機組設置 2臺供水泵（Q=110～200 m3/h，H=54～44 m；兩臺水泵互為備用）水泵自尾水取水，每臺水泵后設置1臺濾水器（Q=185 m3/h，P=1.0 MPa）；冷卻水經(jīng)水泵、濾水器后供給機組各用水對象。

機組冷卻供水設計為雙向供水方式，原招標文件設計為4個閥門，通過同時切換其中2個閥門開關來切換水流方向（圖1），這樣設計可以滿足水流換向，但是操作較麻煩。在施工設計過程中，將用于換向的4個閥門改為1個四通球閥（圖2），這樣只需要通過將球閥旋轉90°即可實現(xiàn)換向。從而節(jié)省了設備投資，簡化了管路布置。

圖1 招標圖的換向方式示意

圖2 采用四通閥換向示意

2.2.2 透平油系統(tǒng)

透平油系統(tǒng)主要用于機組軸承潤滑及進水閥、調(diào)速器的操作用油。電站1臺機組的最大用油量為3.72 m3。廠內(nèi)設置油庫及油處理室，越南對于油系統(tǒng)油罐容量的選擇與我國有些差異，油罐容量不是按照110%的機組最大用油量確定，而是只需滿足機組最大用油部件的充油量，機組最大用油部件為推力及上導軸承，其用油量為1.7 m3。

因此，透平油系統(tǒng)設置2 m3運行油罐和凈油罐各1臺，和1臺ZJCQ-6型透平油專用過濾機。另外在EL.80.7 m蝶閥廊道設置1臺2 m3油罐，用于用油設備排油，用油設備檢修排油時，將油自流排至此油罐。為了收集油庫及油處理室管路檢修時的排油和設備運行時的漏油，在油罐室下層設置了1個0.5 m3的廢油收集罐，并配備1臺齒輪油泵，將油排出。

2.2.3 氣系統(tǒng)

因電站采用了高油壓調(diào)速器，壓力由蓄能器提供，不需設置中壓氣系統(tǒng)，故電站僅設置了低壓氣系統(tǒng)，用于機組制動供氣、主軸密封供氣和檢修吹掃供氣等。通過計算，系統(tǒng)設置2臺低壓螺桿式空壓機（Q=3.0 m3/min，P=1.0 MPa），和 2 臺儲氣罐（整定額定工作壓力為0.7MPa），其中一個儲氣罐向機組制動、主軸密封供氣，另一個向檢修吹掃供氣，兩儲氣罐供氣管用管路連通并設置一個止回閥，使得供檢修吹掃的氣罐可以為制動儲氣罐補氣，從而保證了制動供氣氣源的可靠性。

2.2.4 排水系統(tǒng)

（1）檢修、滲漏排水系統(tǒng)。

電站檢修、滲漏排水系統(tǒng)共用1套排水設備，設置一個集水井。檢修排水包括尾水管內(nèi)積水、蝶閥后壓力鋼管和蝸殼內(nèi)無法自流排出的積水（其總容積為56.9 m3），以及進水閥和尾水閘門的漏水量。滲漏水主要是機組主軸密封排水、底環(huán)排水、蝸殼彈性墊層排水和廠房建筑物的滲漏水等。系統(tǒng)設置2臺臥式離心泵排水（Q=17.5～32.5 m3/h，H=52～45 m），水泵由安裝于井內(nèi)的液位控制器控制水泵啟停。離心泵安裝于集水井上方水泵房內(nèi)，水泵排水前需由冷卻供水總管引至水泵進水管充水至水泵葉輪，并在水泵進水管安裝底閥。

（2）事故緊急排水。

在廠內(nèi)的設備過度漏水或管路破裂等事故情況下，為了保證及時有效的將水排出廠外，另外設置1臺潛水泵作為緊急排水之用，排水量250 m3/h，設計揚程25 m，為了保證供電的可靠性，水泵電源從地面以上副廠房接入，水泵安放在廠房蝶閥廊道內(nèi)的集水坑內(nèi)。

2.2.5 含油污水排放及處理系統(tǒng)

廠內(nèi)的含油污水主要來自水輪機頂蓋滲漏水、水輪機機坑滲漏水、發(fā)電機滅火水及油罐油處理室滲漏水等。系統(tǒng)（圖3）設置1個集水池，分為A、B兩個池，A池為含油污水池，B池為水池，A池與B池用三通管連通。廠內(nèi)含油污水首先通過管路排放至A池，由于油密度小于水的密度，A池中的油將浮在水上層，當A池內(nèi)的含油水不斷增多，水位逐漸上升，下部的水便可通過三通管溢流至B池。A池設置2臺齒輪油泵（一備一用）將上層的浮油排至廠房外油桶內(nèi)，B池設置2臺水泵（一備一用）將池內(nèi)分離出的水排至含油污水處理設備中進行二次油水分離，通過設備分離出的油排至廠外油桶內(nèi)，分離出的達標水則直接排放至尾水。根據(jù)水池的布置位置，在兩池的側壁上安裝磁翻板液位控制器用于控制泵的啟停。

圖3 含油污水排放及處理系統(tǒng)原理簡圖

2.2.6 輔助系統(tǒng)壓力及管路、閥門選用

根據(jù)招標文件的要求并結合工程實際，電站水力機械輔助系統(tǒng)所用管路及閥門按照如下原則選擇：

（1）所有系統(tǒng)的埋設管路，全部采用不銹鋼材質(zhì)，考慮到埋管承壓均在1.0 MPa以下，選用不銹鋼焊接鋼管。

（2）冷卻供水系統(tǒng)設計壓力0.6 MPa，試驗壓力0.9 MPa；明管采用熱鍍鋅焊接鋼管，閥門采用碳鋼閥門。

（3）排水系統(tǒng)設計壓力0.6 MPa，試驗壓力0.9 MPa；明管采用焊接鋼管，閥門采用碳鋼閥門。

（4）油系統(tǒng)設計壓力0.6MPa，試驗壓力0.9MPa；管路采用不銹鋼焊接鋼管，因管路DN≤25，閥門選用不銹鋼內(nèi)螺紋球閥。

（5）氣系統(tǒng)設計壓力0.7 MPa，試驗壓力1.05 MPa；管路采用不銹鋼焊接鋼管，閥門選用不銹鋼球閥。

（6）不銹鋼管路選用牌號0Cr18Ni9（對應新牌號06Cr19Ni10），碳鋼管路選用牌號Q235A。

3 總 結

本電站屬于小型水電站，安裝常規(guī)的立軸混流式水輪發(fā)電機組，水力機械設計原則與國內(nèi)電站基本相同，但也有一定的特點。由于越南河流普遍泥沙含量較高，為了減少管路中泥沙淤積，冷卻供水設計為雙向供水方式，并選用較大的管內(nèi)設計流速；含油污水單獨排放，并進行油水分離處理，避免油排入河道污染環(huán)境；埋設管路全部采用不銹鋼材質(zhì)，特別是口徑較小的水力測量管路，可避免電站在長期運行中造成管路內(nèi)部銹蝕、堵塞；油、氣系統(tǒng)管路采用不銹鋼，可避免因管路生銹而加速油品劣化和降低壓縮空氣潔凈度。