波波娜水電站水力機械輔助設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計

劉 峰，安 剛

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

波波娜水電站水力機械輔助設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計

劉 峰，安 剛

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

通過對波波娜水電站水力機械輔助設(shè)備的介紹，按照規(guī)范提出設(shè)計過程中各個系統(tǒng)的設(shè)計思路和布置方式，希望對國內(nèi)外同類型水電站設(shè)計提供一定的借鑒參考。

輔助設(shè)備；系統(tǒng)設(shè)計；參數(shù)選擇

0 前言

波波娜水電站位于新疆和田地區(qū)的喀拉喀什河上，電站距上游烏魯瓦提水利樞紐工程約30 km，距和田市41 km。電站為壩后引水式，工程由攔河壩、泄水建筑物和發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等主要建筑物組成，為地面式廠房。電站最大水頭259.68 m，加權(quán)平均水頭243.13 m，額定水頭242 m，最小水頭236.39 m，發(fā)電引用流量70.41 m3/s。廠房內(nèi)安裝3臺單機容量50 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量150 MW，保證出力34.8 MW，多年平均發(fā)電量6.66億kW·h，年利用小時數(shù)4 439 h。

波波娜水電站按“無人值班（少人值守）”的原則設(shè)計，全計算機監(jiān)控。

1 機組設(shè)備介紹

波波娜水電站的水輪發(fā)電機組為福建南電股份有限公司制造，水輪機型號為HLA351-LJ-235，額定出力51.55MW，額定效率92.5%，最高效率94.1%，額定轉(zhuǎn)速428.6 r/min，水輪機安裝高程1 587.3 m。發(fā)電 機 型 號 為 SF50-14/4250， 額 定 容 量 為50MW/55.556MVA，額定功率因數(shù)0.9（滯后），額定電壓10.5 kV，額定電流3 054.7 A，額定效率98.2%，轉(zhuǎn)動慣量7 300 kN·m2。

調(diào)速器及其油壓裝置為南京南瑞電氣控制分公司制造，調(diào)速系統(tǒng)采用可編程微機調(diào)速器，工作油壓6.3 MPa，主配壓閥直徑為80 mm。電氣柜和機械柜分開設(shè)置。調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：電氣調(diào)節(jié)器+電液隨動執(zhí)行機構(gòu)。電氣部分調(diào)節(jié)采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。電氣柜采用雙微機+獨立電手動的電氣控制裝置，機械柜采用液壓集成技術(shù)，調(diào)速器油壓裝置型號為HYZ-1.0-6.3。

水輪機進(jìn)水球閥為湖北洪城通用機械股份有限公司提供，進(jìn)水球閥型號為2200Qx7pk47H-35，進(jìn)水球閥液壓站型號為2200YYZQ。

2 輔助機械設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 起重運輸設(shè)備

電站機組最重起吊件為發(fā)電機轉(zhuǎn)子，約重130 t?？紤]到起吊最重件重量及預(yù)留一定裕量，主廠房內(nèi)設(shè)有1臺160t/32t/10t的單小車電動雙梁橋式起重機，其工作制為A3。在副廠房GIS層設(shè)有1臺10 t的電動單梁吊。

2.2 技術(shù)供水系統(tǒng)

技術(shù)供水對象為：發(fā)電機空冷器、推力上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水輪機水導(dǎo)軸承的冷卻水。由于本電站水頭較高（236.39～259.68 m），根據(jù)規(guī)范及電站實際情況，供水方式采用水泵加壓供水，水源取自電站尾水渠。水輪機主軸密封為無接觸金屬密封，不需要密封潤滑水。

電站共設(shè)有6臺KL200-400K型立式離心泵和6臺ZLSG-250GⅡ型全自動濾水器。每臺離心泵出水口均裝置1臺濾水器，其中每2臺離心泵為一組單元給一臺機組供水，2臺離心泵互為備用。

電站運行時，水輪發(fā)電機組的冷卻水由立式離心泵從尾水抽水，經(jīng)全自動濾水器過濾后接至機組技術(shù)供水總管，再由總管上引出4根支管分別至空氣冷卻器、推力上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)各用水設(shè)備。為保證技術(shù)供水系統(tǒng)的正常運行及防止檢修時尾水倒灌進(jìn)廠房內(nèi)，水泵進(jìn)水口裝置有DN250的電動球閥和手動球閥，電動球閥作為工作閥門使用，手動球閥作為檢修閥門使用（平時處于全開狀態(tài)）。水泵出水口裝置有DN250的多功能水泵控制閥。技術(shù)供水總管上設(shè)置有電動四通閥，通過四通閥對管路的切換可實現(xiàn)技術(shù)供水管路的反向沖洗功能。

全自動濾水器配有專用的控制箱，能在現(xiàn)地或遠(yuǎn)方監(jiān)視其運行狀態(tài)，其電動排污閥的動作排污由差壓或時間2種方式控制，濾水器的排污直接排至滲漏集水井內(nèi)。

2.3 消防供水系統(tǒng)

消防用水主水源取自電站尾水，備用水源取自專用的高位消防水池。高位消防水池設(shè)在廠房外的山體上，消防水池有效容積為200 m3。

主水源取水采用2臺XBD5/25-100-200型立式離心消防泵，從尾水取水至廠內(nèi)消防供水總管，并形成全廠環(huán)管，2臺立式消防泵互為備用。

消防供水對象為發(fā)電機、主副廠房和廠區(qū)的消防設(shè)備，消防水水壓約0.5 MPa。發(fā)電機設(shè)計成自動水噴霧滅火，設(shè)置有雨淋閥裝置，消防監(jiān)視和滅火投入均可由消防監(jiān)控系統(tǒng)自動進(jìn)行。發(fā)電機水噴霧滅火雨淋閥由消防監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出信號，經(jīng)人工判斷確認(rèn)后電氣操作投入，以防誤動作。其余部位采用消火栓滅火，其中發(fā)電機層、水輪機層和水輪機夾層的每個機組段設(shè)有1只消火栓，安裝間1只消火栓，廠區(qū)4只室外消火栓。

2.4 機組檢修排水

機組檢修排水設(shè)置有檢修集水井，每臺機組的尾水管擴(kuò)散段兩側(cè)各安裝有1臺DN300的尾水管排水盤型閥，閥門操作柄設(shè)置在蝸殼層下游側(cè)的交通廊道內(nèi)，2臺盤型閥互為備用。當(dāng)機組需要檢修時，關(guān)閉尾水閘門打開盤型閥使尾水管內(nèi)的積水自流至檢修集水井。檢修集水井排水設(shè)置有2臺流量300 m3、揚程30 m的長軸深井泵，深井泵由液位變送器控制。

2.5 廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)

廠房內(nèi)滲漏排水主要排廠房內(nèi)的滲漏水、機組座環(huán)排水、機組固定導(dǎo)葉排水、機坑排水、進(jìn)水球閥底部排水、空壓機室排污、各層地漏排水和設(shè)備管路的漏水。

在主廠房蝸殼層上游側(cè)、水輪機層上游側(cè)及技術(shù)供水泵室均設(shè)有排水溝，空壓機室和安裝間設(shè)有地漏，通過DN100的排水管排至廠房內(nèi)的滲漏集水井。

滲漏集水井排水設(shè)置有2臺流量300 m3、揚程30 m的長軸深井泵，2臺深井泵互為備用。集水井內(nèi)安裝有液位變送器和浮球開關(guān)，浮球開關(guān)控制水泵的啟停，液位變送器將集水井內(nèi)的水位信號送至電站公用系統(tǒng)LCU，以實時監(jiān)控集水井的水位。

2.6 中壓空氣系統(tǒng)

中壓氣系統(tǒng)主要供氣對象為調(diào)速器的油壓裝置。

該系統(tǒng)設(shè)有2臺排氣量1m3/min、排氣壓力6.5MPa的中壓空氣壓縮機（風(fēng)冷、無基礎(chǔ)），1只2m3、7.0 MPa的中壓儲氣罐。空壓機為三級壓縮，各級的保護(hù)采用電接點壓力表。2臺空壓機互為備用，主、備空壓機可以切換?？諌簷C的啟動和停機，由安裝在中壓儲氣罐上的5只單接點壓力開關(guān)控制，壓力值由1只壓力變送器送至電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

2.7 低壓空氣系統(tǒng)

低壓氣系統(tǒng)主要供氣對象為機組制動用氣、機組檢修密封用氣、風(fēng)動工具吹掃用氣和水泵取水口吹掃用氣。

機組制動供氣選用2臺排氣量2 m3/min、排氣壓力0.8MPa的低壓空壓機，1只3m3，氣壓為1.0MPa的儲氣罐。機組檢修用氣選用1臺排氣量2 m3/min、排氣壓力0.8 MPa的低壓空壓機，1只2 m3、氣壓為1.0 MPa的儲氣罐。吹掃氣罐與機組制動儲氣罐用管路連接，中間設(shè)置截止閥和止回閥，以充分利用吹掃氣罐的氣源，保證機組制動有更充足的氣源?？諌簷C的啟動和停機，由安裝在中壓儲氣罐上的5只單接點壓力開關(guān)控制，壓力值由1只壓力變送器送至電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

2.8 透平油系統(tǒng)

透平油庫及油處理室位于安裝間下部水輪機層，主要供機組推力軸承上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承、進(jìn)水閥和調(diào)速器油壓裝置的用油，選用L-TSA46透平油。

該系統(tǒng)設(shè)置有凈油罐1只、運行油罐1只，每只容積為10 m3。油桶上設(shè)置有有機玻璃油位計，可以直觀顯示。為滿足透平油的過濾處理，設(shè)有1臺ZJCQ-2型透平油過濾機、1臺JYG50型精密濾油機、2臺2CY-5/3.3-1型齒輪油泵。

2.9 水力量測系統(tǒng)

水力量測系統(tǒng)分為全廠性測量和機組段測量。電站水力測量系統(tǒng)的對象為機組運行工況、水力參數(shù)、機組穩(wěn)定性能等。

全廠性測量有水庫水溫測量、上游和下游水位測量、電站毛水頭測量、攔污柵前后壓差測量。上游水位和攔污柵壓差的投入式壓力傳感器設(shè)在發(fā)電洞進(jìn)水口，下游水位的壓力傳感器設(shè)在尾水渠出口閘墩處，全部信號均送入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

機組段測量包括蝸殼流量、機組凈水頭、蝸殼進(jìn)口壓力、尾水管進(jìn)口壓力及壓力脈動、尾水管出口壓力、轉(zhuǎn)輪與頂蓋壓力及壓力脈動等的測量，均由壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測送入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

波波娜水電站已于2011年4月全部建成發(fā)電，各輔助設(shè)備系統(tǒng)均運行正常。電站水力機械輔助系統(tǒng)設(shè)備先進(jìn)，選型合理，自動化程度較高，達(dá)到了“無人值班（少人值守）”的設(shè)計要求，為電站穩(wěn)定運行提供了可靠的保障。

［1］尹述鴻.大朝山水電站水力機械輔助設(shè)備布置和安裝［J］.水電站機電技術(shù)，2005（4）：96-97.

TV735

B

1672-5387（2016）07-0065-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.022

2015-12-23

劉 峰（1981-），男，工程師，從事水電站水力機械設(shè)計工作。