汾河二庫水電站生態(tài)機(jī)組選型設(shè)計

靳向波

（山西省汾河二庫管理局，山西 太原 030001）

汾河二庫水電站生態(tài)機(jī)組選型設(shè)計

靳向波

（山西省汾河二庫管理局，山西 太原 030001）

介紹了汾河二庫基本情況，為充分利用水資源，提高電站效益，達(dá)到生態(tài)放水的要求，根據(jù)二庫調(diào)度運行報告，有必要對汾河二庫水電站新增生態(tài)機(jī)組。對水電站新增生態(tài)機(jī)組的選型設(shè)計進(jìn)行了闡述，可為同類機(jī)組設(shè)計提供技術(shù)參考。

機(jī)組選型；水電站；汾河二庫

1 工程概況

汾河二庫位于太原市尖草坪區(qū)與陽曲縣交界處玄泉寺附近的汾河干流上，距上游汾河水庫80km，距下游太原市區(qū)30km，主要攔蓄汾河一庫、二庫區(qū)間流域2348km2的來水，是一座以防洪、供水為主，兼顧發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖等綜合效益的大（二）型水利樞紐工程。大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高88m，總庫容1.33億m3。

水電站位于大壩右岸發(fā)電支洞出口，設(shè)計流量36.5m3/s，設(shè)計水頭34.5m。裝機(jī)容量3×3200kW，裝機(jī)臺數(shù)3臺，水輪機(jī)安裝高程853.40m。水電站主廠房總長43.5m，寬12m，高24.07m。屋面梁底高程870.90m，廠房在高程860.20m以上為磚混結(jié)構(gòu)，以下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。三臺發(fā)電機(jī)組中心間距10m。副廠房位于主廠房上游，總長43.5m，寬7.2m，高13.3m，為3層磚混結(jié)構(gòu)。

根據(jù)汾河二庫調(diào)度運行報告，汾河二庫發(fā)電調(diào)度方式為利用水庫工農(nóng)業(yè)供水和汛期水庫棄水發(fā)電，在來水為保證率以內(nèi)的供水期，電站的出力應(yīng)不小于電站的保證出力；在保證率以外的供水期，應(yīng)盡量減少水電站出力的降低程度。本次新增4號機(jī)組設(shè)計流量1.5～2.5m3/s，根據(jù)汾河二庫周出庫水量統(tǒng)計資料可以看出，二庫放水時間相對集中，放水時流量較大，多在9m3/s左右，完全可滿足機(jī)組發(fā)電流量。

2 生態(tài)機(jī)組建設(shè)必要性

汾河干流最小流量為4.5m3/s，減去晉祠泉域內(nèi)汾河河道平均滲漏量和汾河二庫滲漏，汾河二庫長年向下游放水流量約2.0m3/s，為使生態(tài)機(jī)組適應(yīng)水庫最高水位和最低水位的運行要求，適用流量范圍加大，機(jī)組流量范圍取1.5～2.5m3/s。汾河二庫水電站原三臺機(jī)組于2007年建成并網(wǎng)發(fā)電，單機(jī)設(shè)計流量12.17m3/s，原有機(jī)組在1.5～2.5m3/s流量下無法運行發(fā)電，致使能源白白浪費，為充分利用水資源，合理利用水能，提高水電站效益，有必要對汾河二庫水電站新增一臺生態(tài)機(jī)組，利用小流量發(fā)電，同時達(dá)到生態(tài)放水的要求。

3 機(jī)組設(shè)計方案

對生態(tài)機(jī)組進(jìn)行水能復(fù)核后，機(jī)組設(shè)計流量1.5～2.5m3/s，設(shè)計發(fā)電水頭45.0m，可選用1臺水輪機(jī)，型號為HLA630-WJ-65，單臺機(jī)出力795kW；配套發(fā)電機(jī)型號為SFW800-8/1180，容量800kW。本次新增水力機(jī)械設(shè)備包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器及進(jìn)水閥等主要設(shè)備以及機(jī)組輔助系統(tǒng)設(shè)備。

3.1 水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備選型

根據(jù)復(fù)核后本機(jī)組設(shè)計參數(shù)，對水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備進(jìn)行選型。在運行水頭（25～50m）段適合的轉(zhuǎn)輪型號有HLA696和HLA630，經(jīng)計算，單位轉(zhuǎn)數(shù)和單位流量分別對應(yīng)到兩轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上，在設(shè)計工況下，工作點均位于高效率區(qū)內(nèi)，HLA696轉(zhuǎn)輪對應(yīng)的效率為93.2%，空化系數(shù)為0.07；HLA630轉(zhuǎn)輪對應(yīng)的效率為93.7%，空化系數(shù)為0.07。經(jīng)綜合比較，HLA630的效率較高，本階段推薦HLA630轉(zhuǎn)輪，型號為HLA630-WJ-65，配套發(fā)電機(jī)型號為SFW800-8/1180。

3.2 水輪機(jī)安裝高程確定

經(jīng)計算，吸出高度為3.78m，水輪機(jī)理論安裝高程為856.35m，實際安裝值856.00m，低于理論計算值，滿足要求。

3.3 調(diào)節(jié)保證計算

通過計算，規(guī)范要求壓力管道水錘壓力上升值允許小于50%，本計算結(jié)果為47.1%；規(guī)范要求機(jī)組速率上升值＜50%的范圍內(nèi)，本計算結(jié)果為27.6%。因此本機(jī)組調(diào)保計算結(jié)果滿足要求。

3.4 水輪機(jī)附屬設(shè)備復(fù)核選型

根據(jù)相關(guān)公式計算機(jī)組調(diào)速功為345kg·m，選配BWT-600型微機(jī)調(diào)速器，經(jīng)復(fù)核容量滿足要求。水輪機(jī)進(jìn)水閥門選用電動蝶閥，型號為D941X-6，公稱直徑1000mm，公稱壓力1.0MPa。

3.5 電站輔助機(jī)械設(shè)備

3.5.1 供排水系統(tǒng)

電站用水設(shè)備為發(fā)電機(jī)徑向推力軸承冷卻器、發(fā)電機(jī)徑向?qū)лS承冷卻器及廠內(nèi)生活用水。由于本電站為中低工作水頭，且水庫水質(zhì)較好，技術(shù)供水從水輪機(jī)蝸殼取水，經(jīng)自動濾水器后直接接入技術(shù)供水管，分別接入各軸承冷卻器。各軸承冷卻器排水及廠內(nèi)生活排水、廠房滲漏水均通過排水管直接排入尾水渠。

3.5.2 供氣系統(tǒng)

機(jī)組制動為調(diào)速器油壓制動，不設(shè)專門的供氣設(shè)備。吹掃用氣接自原電站吹掃管路。

3.5.3 水力監(jiān)視測量系統(tǒng)

監(jiān)視測量內(nèi)容包括水輪機(jī)工作水頭、蝸殼進(jìn)口壓力、尾水管出口壓力、技術(shù)供水壓力、示流、溫度及機(jī)組效率等。水電站水力監(jiān)視測量系統(tǒng)與電站自動化設(shè)計相結(jié)合，選取與自動化相配套的智能設(shè)備，除在現(xiàn)場顯示外，還接入計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.5.4 起吊設(shè)備

電站廠房內(nèi)原來安裝一臺30/5t的電動雙梁起重機(jī)，滿足安裝要求。

3.6 主要設(shè)備布置

根據(jù)電站地形條件，電站1臺機(jī)組布置在原油處理室，水輪發(fā)電機(jī)組為臥式安裝，機(jī)組段地面高程855.50m，布置有調(diào)速器、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、機(jī)旁屏，水輪機(jī)安裝高程856.00m，安裝間地面高程860.20m。

3.7 電氣

該水電站新增機(jī)組比選三種接線方式：低壓機(jī)組方案；高壓機(jī)組直接并入6.3kV母線Ⅱ段母線方案；高壓機(jī)組采用單元接線的方式并入35kV變電站母線方案。

3.7.1 接入電力系統(tǒng)方式

本水電站現(xiàn)有上網(wǎng)方式是通過一回35kV專線接入太原市北城110kV變電站35kV母線。本次改造對接入電力系統(tǒng)方式不作改變。

3.7.2 電氣主接線比選

電站現(xiàn)有發(fā)電機(jī)采用6.3kV，設(shè)3臺發(fā)電機(jī)組，單機(jī)功率3200kW，6.3kV側(cè)采用單母線分段接線形式，分別通過一臺8000kVA和一臺6300kVA升壓變壓器升壓至35kV接至變電站35kV出線至汾河二庫專用變電站后上網(wǎng)。

經(jīng)綜合比較三種方案的優(yōu)缺點，結(jié)合工程實際情況，推薦采用高壓機(jī)組直接并入6.3kV母線Ⅱ段母線方案。

3.7.3 電氣設(shè)備選擇及設(shè)備布置

根據(jù)推薦方案的電氣主接線，電站需新增設(shè)6kV高壓開關(guān)柜4面，其中高壓出線柜1面，勵磁變壓器柜1面，電壓互感器柜1面，電流互感器柜1面。新增的高壓設(shè)備，選用滿足“五防”要求的KYN28型金屬封閉開關(guān)設(shè)備，斷路器采用真空開關(guān)。其中6kV斷路器選用與原設(shè)計相同的型號，型號為VS1-12。電站現(xiàn)有電氣設(shè)備布置分為三部分，即主廠房、副廠房和35kV變電站，本次新增機(jī)組的電氣設(shè)備布置在主、副廠房。在主廠房內(nèi)發(fā)電機(jī)旁設(shè)置機(jī)組LCU控制屏、勵磁控制屏和測溫制動屏。6kV高壓出線柜布置在電站原6kV高壓開關(guān)室；勵磁變壓器柜、電壓互感器柜和電流互感器柜布置在電站原母線廊道勵磁變壓器室內(nèi)。

3.7.4 控制保護(hù)通信

依據(jù)《電力系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)程》《水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》的規(guī)定，為保證電站運行安全、可靠，提高電站運行和管理的自動化水平，電站按“少人值守”設(shè)計，采用全計算機(jī)監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。本次新增的發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)采用機(jī)組LCU控制屏，信息并入電站原有的綜合自動化系統(tǒng)?，F(xiàn)地控制單元將信號傳送到監(jiān)控主機(jī)，并接受其指令，實現(xiàn)集中自動控制。發(fā)電機(jī)保護(hù)配置過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)等。通信系統(tǒng)采用電站原有方式。

4 結(jié)語

水電站機(jī)組的選型設(shè)計合理與否是實現(xiàn)工程效益的關(guān)鍵，特別是對于流量要求較為恒定、機(jī)組運行范圍較為特別的生態(tài)機(jī)組，在選型設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合工程特點，選擇與電站各項參數(shù)相匹配的主機(jī)。工程完工后，每年可發(fā)電5760h，按上網(wǎng)電價0.275元/kW·h計，年收益可達(dá)126萬元，項目投資預(yù)計在兩年內(nèi)完成回收，在經(jīng)濟(jì)上合理可行，對提高水電站效益將起到重要作用。

TV742

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1004-7042（2016）05-0038-02

靳向波（1977-），男，1996年畢業(yè)于山西省水利學(xué)校水工建筑專業(yè)，工程師。

2016-03-21；

2016-04-26