榮丁水電站樞紐設(shè)計(jì)優(yōu)化分析

鄒書江

(貴州華水建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，貴陽(yáng)550001)

榮丁水電站位于冊(cè)亨縣東南部秧壩河上，水電站壩址及廠址均位于雙江鎮(zhèn)榮丁村，距榮丁村約800 m，距雙江鎮(zhèn)11 km，雙江鎮(zhèn)距冊(cè)亨縣城58 km。電站裝機(jī)2 ×1 600 kW，現(xiàn)在水電站的年發(fā)電量為926.9 萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)2 896.6 h，規(guī)劃水平年年發(fā)電量1 044.7 萬(wàn)kW·h，年利用3 264.8 h，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 工程概況

本電站工程樞紐由水庫(kù)大壩、明渠、壓力前池、壓力鋼管、廠房、升壓站組成。由壩址比選可知，下壩線為推薦壩線。榮丁電站擬建于秧壩河中下游河段上，廠址在壩址下游約300m 河床開闊處。本站是根據(jù)“貴州省冊(cè)亨縣初級(jí)農(nóng)村電氣化規(guī)劃”，“貴州省冊(cè)亨縣小水電代燃料生態(tài)工程規(guī)劃”、冊(cè)亨縣電網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃開發(fā)的電站，榮丁電站由一低壩經(jīng)引水渠道引水至壓力前池后，再經(jīng)壓力鋼管引水至廠房，電站引水式電站，無調(diào)節(jié)水庫(kù)。

根據(jù)地形、地質(zhì)條件，結(jié)合渠線和前池以及壓力鋼管的布置，且在河道右岸距壩約300 m處有一寬敞的平地，廠房、升壓站的布置并不會(huì)束窄原河床，榮丁水電站輸水系統(tǒng)及廠房布置在右岸較為經(jīng)濟(jì)，因此本電站總體布置方案相對(duì)簡(jiǎn)單、明顯，其總體布置方案為:在距榮丁村約800 m的河段處建壩，沿右岸修建228 m明渠至壓力前池，經(jīng)壓力鋼管到廠房。由于廠房處河谷寬敞，因此根據(jù)地形條件將開關(guān)站布置在廠房左側(cè)接進(jìn)廠公路。

2 水電站樞紐設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行樞紐設(shè)計(jì)中，應(yīng)參考相關(guān)設(shè)計(jì)文件，對(duì)水電站的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，如水輪機(jī)的基本條件，水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范，輔助機(jī)械的設(shè)計(jì)，采暖通風(fēng)的注意事項(xiàng)。在設(shè)計(jì)反擊式水輪機(jī)空蝕評(píng)定時(shí)，要遵守GB/T15469—1995 的相關(guān)條例;應(yīng)用水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)，要遵守DL/T5081—1997 的相關(guān)規(guī)范。并確保水電站的采暖與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范，符合相關(guān)施工和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 水力機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1 水輪機(jī)額定水頭

水電站為徑流引水式電站，裝機(jī)容量為3 200 kW，電站設(shè)計(jì)凈水頭H max=38.2 m，H min=30.3 m，Hr =35 m，根據(jù)現(xiàn)有水頭段模型轉(zhuǎn)輪資料，使設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，該水頭范圍內(nèi)，可選軸流和混流式水輪機(jī)。根據(jù)樞紐布置，本站為引水式電站，岸邊地面廠房布置。為減少?gòu)S房開挖，應(yīng)選擇空蝕系數(shù)小、能量指標(biāo)高、在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)并經(jīng)運(yùn)行考驗(yàn)的水輪機(jī)機(jī)型。本站引水從壓力前池引水，為徑流引水式電站，水頭范圍30.3 ～38.2 m，最大與最小水頭相差7.7 m，變化不大，水頭屬中、低水頭。從電站運(yùn)行方式穩(wěn)定性及建設(shè)經(jīng)濟(jì)性，綜合考慮本站水輪機(jī)額定水頭確定為34.0 m。

2.2.2 水輪機(jī)參數(shù)及輪轉(zhuǎn)型式

軸流式具有在各種工況下，穩(wěn)定、高效運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，但是，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、汽蝕系數(shù)大的缺點(diǎn)對(duì)機(jī)組投資不利，對(duì)于本電站來說水頭變化不大，軸流式并不經(jīng)濟(jì)。因此確定本階段比選方案的為混流式轉(zhuǎn)輪，目前適合本站水頭段，能量指標(biāo)較高的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)及模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)見表1。

表1 水輪機(jī)模型參數(shù)比較表

分析表1 模型參數(shù):F13 為富春江水電設(shè)備總廠研制的轉(zhuǎn)輪，用于本電站，經(jīng)計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑為0.82 m，為4個(gè)轉(zhuǎn)輪中最小，額定點(diǎn)效率為90.7%也較高，但空蝕系數(shù)0.19 是4個(gè)機(jī)組中最大的，空蝕性能為4個(gè)機(jī)組中最差的，安裝高程較低，廠房開挖量大，故不推薦;A551、A551C、A209 均為哈爾濱大電機(jī)研究所研制的轉(zhuǎn)輪，在額定點(diǎn)效率A551C、A209 均為89.5%，效率較低，對(duì)機(jī)組運(yùn)行不利，從長(zhǎng)期運(yùn)行來看不經(jīng)濟(jì)，故不推薦;綜合比較，HLA551 型轉(zhuǎn)輪雖然其轉(zhuǎn)輪直徑較F13 大，為0.84 m，但機(jī)組空蝕系數(shù)為0.14，為4 種轉(zhuǎn)輪種最小的，允許吸出高度最大為3.01 m，安裝高程最高，有利于減少?gòu)S房開挖量、節(jié)省投資，而且在額定工況下的效率為90.9%，為四種轉(zhuǎn)輪種最高，作為長(zhǎng)期運(yùn)行來說，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，而且在已運(yùn)行的電站看來，這種轉(zhuǎn)輪的運(yùn)行效果很好，因此此階段選用A551 轉(zhuǎn)輪方案較為合理［1］。

2.3 輔助機(jī)械設(shè)計(jì)

2.3.1 調(diào)速器與進(jìn)水閥門

水電站的最大水頭為Hmax =38.2 m，對(duì)應(yīng)的流量為 Q = 5.56 m3/s，經(jīng)計(jì)算調(diào)速功為 A =719 kg·m。所以調(diào)速器的選擇上，選用調(diào)速功為1 000 kg·m的高油壓調(diào)速器。選用型號(hào)為YWT—1000。按規(guī)范要求，榮丁水電站為一管雙機(jī)引水系統(tǒng)，其進(jìn)水主閥門應(yīng)設(shè)置在蝸殼前，以防機(jī)組飛逸，由于本站水頭屬于中低水頭，主閥可選用電動(dòng)蝴蝶閥，直徑根據(jù)引水岔管直徑確定，為DN1400，型號(hào)D941X—6—φ1400。

2.3.2 油、氣、水系統(tǒng)

在水電站樞紐設(shè)計(jì)中，油系統(tǒng)由于絕緣油和透平油的使用添加量不多，且機(jī)組臺(tái)數(shù)少，用油量少，因此不單獨(dú)設(shè)置絕緣油系統(tǒng)和透平油系統(tǒng)，采用人工補(bǔ)助法。設(shè)置一臺(tái)真空壓力濾油機(jī)，型號(hào)為ZJB3KY。

由于本電站機(jī)組容量小，機(jī)組臺(tái)數(shù)不多，用氣量少，主要用于維護(hù)及檢修的吹掃用氣、攔污柵吹掃用氣，故不再設(shè)置壓縮空氣系統(tǒng)，為滿足機(jī)組用氣需要，為本站配置2 臺(tái)移動(dòng)式低壓空氣壓縮機(jī)。

本電站水力量測(cè)系統(tǒng)具有較高的自動(dòng)化水平，采用了計(jì)算機(jī)監(jiān)控，因此絕大部分水力監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及水輪機(jī)參數(shù)均可傳送至計(jì)算機(jī)。根據(jù)規(guī)范要求，采用自流供水方式，本站自流供水能滿足要求，因此本電站采用壓力鋼管取水自流供水方式供機(jī)組、消防及生活用水。在消防用水方面，廠內(nèi)設(shè)Φ100 消防供水總管，主廠房選用SN12 －50，Pg =1.5MPa 消火栓2 臺(tái)，通過水泵、消防水池供給，消防水池容積為60 m3。

2.4 采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)

榮丁水電站廠區(qū)屬高原熱帶溫涼濕潤(rùn)氣候，四季較分明，冬暖夏涼。年平均氣溫19.2 ℃，最冷月一月平均氣溫10.1 ℃，最熱月七月平均氣溫26.1 ℃。由于廠內(nèi)無人值班，電站規(guī)模也不大，因此只對(duì)人員相對(duì)集中的副廠房中控室等房間采用局部空調(diào)，設(shè)備為分體式空調(diào)機(jī)。主廠房上、下游墻可大面積開窗，主廠房基本上為一層布置，因此主廠房通風(fēng)可通過發(fā)布機(jī)層門窗，自然進(jìn)、出風(fēng)。空氣流通效果好。由于冬季室外空氣進(jìn)入廠房后均可以達(dá)到10 ℃以上，因此廠內(nèi)不必專設(shè)采暖系統(tǒng)，也不必利用發(fā)電機(jī)放熱風(fēng)采暖。因此，廠房?jī)?nèi)不設(shè)采暖系統(tǒng)，通風(fēng)采用自然通風(fēng)為主，局部空調(diào)和局部機(jī)械式排風(fēng)為輔的通風(fēng)方式，并在水輪機(jī)層設(shè)置一定數(shù)量的移動(dòng)式機(jī)械除濕機(jī)。

［1］楊康. 滾弄水電站樞紐X 型寬尾墩消能系統(tǒng)的應(yīng)用研究［D］. 西安:西北農(nóng)林科技大學(xué)，2013.