古巴瑪雅里水庫(kù)右岸電站廠房布置設(shè)計(jì)

王曉罡

(1．水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江　杭州　310012；2．水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江　杭州　310012)

古巴瑪雅里水庫(kù)右岸電站廠房布置設(shè)計(jì)

王曉罡1，2

(1．水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江杭州310012；2．水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江杭州310012)

摘要：結(jié)合古巴瑪雅里電站右岸電站地下廠房的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了廠房機(jī)電設(shè)備、消防通風(fēng)等方面的設(shè)計(jì)布置，對(duì)小型水電站地下廠房的設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。圖1幅。

關(guān)鍵詞：水電站；廠房布置；設(shè)計(jì)

1概述

瑪雅里水庫(kù)位于古巴東部的奧爾金省瑪雅里市， 其工程開發(fā)目的是用于灌溉和防洪，并可以進(jìn)行水力發(fā)電，所以在修建水庫(kù)和灌溉系統(tǒng)時(shí)就為水電站預(yù)先開挖了引水隧洞、地下廠房和尾水隧洞。

瑪雅里水庫(kù)壩址流域面積1 072 km2，多年平均入庫(kù)水量3.47×108 m3，多年平均流量11 m3/s。攔河壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高93 m，正常蓄水位85.00 m。 水庫(kù)屬于多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。 瑪雅里水電站是利用水庫(kù)和灌渠的水位差發(fā)電， 出于戰(zhàn)備考慮，發(fā)電廠房為地下廠房。 右岸廠房安裝4臺(tái)機(jī)組，額定水頭42.93 m，右岸廠房總裝機(jī)容量為2 896 kW。水電站輸出采用一回34.5 kV出線，向附近的負(fù)荷區(qū)供電，并接入Nicaro 110 kV變電站。

2電站廠房布置設(shè)計(jì)

2.1右岸廠房總體結(jié)構(gòu)

右岸廠房位于瑪雅里水庫(kù)攔河壩的右岸山體內(nèi)，主要建筑物由引水隧洞、壓力鋼管、尾水洞、發(fā)電廠房、升壓站和交通洞等組成。已開挖的洞室均完成了噴混凝土襯砌，副廠房已完成了鋼筋混凝土襯砌。

引水隧洞進(jìn)水口在瑪雅里水庫(kù)攔河壩右岸，距攔河壩約120 m，引水隧洞長(zhǎng)169 m；壓力鋼管主管長(zhǎng)20 m，直徑2.0 m，發(fā)電尾水通過尾水洞接入尾水渠(灌渠)，尾水洞長(zhǎng)254 m。

地下式主廠房長(zhǎng)43.0 m，寬8.8 m，發(fā)電機(jī)層地面高程為23.25 m，安裝場(chǎng)地面高程為26.41 m， 副廠房洞室地面高程26.41 m，長(zhǎng)12.80 m，寬4.80 m，長(zhǎng)軸垂直于進(jìn)廠交通洞，進(jìn)入廠房的交通洞長(zhǎng)154 m。

2.2右岸廠房機(jī)組布置

主廠房機(jī)組段地面布置2臺(tái)裝機(jī)容量1 223 kW的臥式Francis水輪發(fā)電機(jī)組，1臺(tái)裝機(jī)容量400 kW的立式Francis水輪發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)裝機(jī)容量50 kW的立式Francis水輪發(fā)電機(jī)組。 尾水洞進(jìn)口正常尾水位21.10 m。

由于發(fā)電廠房被限定在已開挖的洞室內(nèi)，機(jī)電設(shè)備的布置受到現(xiàn)有洞室尺寸的制約。 臥式機(jī)組廠房布置無(wú)論采用沿廠房的縱向布置方式或橫向布置方式都不能滿足設(shè)計(jì)要求，故1、2號(hào)臥式機(jī)組采用了機(jī)組中心線與廠房斜向布置的方式，使現(xiàn)有廠房的有限空間得到充分利用，也滿足了機(jī)組安裝、檢修時(shí)能抽出和套入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所需要的距離。同時(shí)，進(jìn)水主閥、調(diào)速器的布置裕度更大，并考慮了廠房檢修通道。3、4號(hào)小機(jī)組主要考慮生態(tài)流量發(fā)電和黑啟動(dòng)供電，由于機(jī)組容量較小，采用立式混流整裝機(jī)組(見圖1)；該型機(jī)組具有結(jié)構(gòu)緊湊、所占面積小、安裝維護(hù)方便的特點(diǎn)，進(jìn)一步節(jié)省了布置空間，非常適合在該地下廠房中應(yīng)用。

圖1右岸廠房3號(hào)整裝機(jī)組立剖面

2.3電氣設(shè)備布置

中控室和6.3 kV高壓開關(guān)柜布置在安裝場(chǎng)左端上游側(cè)的洞室內(nèi)， 受廠房空間限制，34.5kV高壓開關(guān)柜和主變布置在安裝場(chǎng)。主變及廠用變考慮地下廠房的防火要求采用干式變壓器。

主廠房機(jī)組段(高程23.25 m)下游側(cè)布置機(jī)組LCU屏、勵(lì)磁屏、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT柜等。在安裝場(chǎng)(高程26.41 m)上游側(cè)布置34.5 kV高壓開關(guān)柜和主變壓器。副廠房洞室地面高程26.41 m，長(zhǎng)12.80 m，寬4.80 m，長(zhǎng)軸垂直于進(jìn)廠交通洞，用于布置6.3 kV開關(guān)室和中央控制室，中央控制室內(nèi)布置有公共LCU屏、保護(hù)屏、交流配電屏和直流屏、中控臺(tái)等。本電站按“無(wú)人值班(少人值守)”的控制方式設(shè)計(jì)，采用上位機(jī)和現(xiàn)地控制單元兩個(gè)層次的計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式。整個(gè)系統(tǒng)由上位工控機(jī)主站兼操作員工作站、機(jī)組現(xiàn)地控制單元、主變/線路現(xiàn)地控制單元、網(wǎng)絡(luò)部分及常規(guī)部分組成。

2.4電站輔助設(shè)備

(1)供排水系統(tǒng)

供水采用集中供水方式，技術(shù)供水、消防用水與生活用水共用1套供水系統(tǒng)，技術(shù)供水系統(tǒng)為機(jī)組提供冷卻供水及提供主軸密封用水等。右岸廠房水頭范圍滿足自流供水的技術(shù)要求，從壓力鋼管取水，經(jīng)濾水器、電動(dòng)閥門及管路連接到軸承冷卻器、主軸密封、消火栓等用水設(shè)備。供水系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)ZLSH/G—II型全自動(dòng)濾水器，一主一備互為備用。冷卻水直接排至機(jī)組尾水隧洞，不設(shè)置集水井；滲漏水可自流排至尾水隧洞。

(2)油系統(tǒng)

機(jī)組軸承油系統(tǒng)采用內(nèi)循環(huán)型式，檢修時(shí)采用手動(dòng)油泵通過油系統(tǒng)管路對(duì)軸承進(jìn)行加油。機(jī)組制動(dòng)采用油壓驅(qū)動(dòng)，壓力油由調(diào)速器通過減壓閥后提供。油處理室設(shè)置1臺(tái)壓力濾油機(jī)、油泵、標(biāo)準(zhǔn)油桶等，用于油的過濾和凈化。

(3)水力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

全廠性測(cè)量設(shè)置上游水位、下游水位，機(jī)組段測(cè)量設(shè)置機(jī)組流量、蝸殼進(jìn)口壓力、尾水管進(jìn)口壓力、主軸密封水壓力等測(cè)量項(xiàng)目，其信號(hào)根據(jù)需要接至中控室。

2.5通風(fēng)及消防

由于發(fā)電廠房均為地下廠房，其通風(fēng)及消防設(shè)計(jì)顯得非常重要，根據(jù)古巴和中國(guó)的相關(guān)規(guī)定，以“預(yù)防為主，防消結(jié)合”，立足自救的方針，結(jié)合水利水電工程具體特點(diǎn)進(jìn)行通風(fēng)及消防設(shè)計(jì)。

2.5.1右岸廠房通風(fēng)設(shè)計(jì)

(1)工程通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍包括主廠房、副廠房電氣室等。通風(fēng)系統(tǒng)采用機(jī)械排風(fēng)兼排煙，通過排煙風(fēng)管先排至尾水洞上部空間，再通過尾水洞排出洞外，進(jìn)廠交通洞自然進(jìn)風(fēng)。雙速排煙風(fēng)機(jī)箱平時(shí)根據(jù)廠內(nèi)溫度要求變頻控制排風(fēng)量，火災(zāi)時(shí)相應(yīng)區(qū)域高速排煙。

(2)主廠房平時(shí)低速排風(fēng)，主廠房風(fēng)機(jī)單機(jī)風(fēng)量23 000 m3/h,根據(jù)溫度變頻控制風(fēng)量進(jìn)行排風(fēng)，火災(zāi)時(shí)高速排煙，自然補(bǔ)風(fēng)。當(dāng)排煙風(fēng)機(jī)箱出口處電動(dòng)排煙閥關(guān)閉時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉對(duì)應(yīng)排煙風(fēng)機(jī)箱。

(3)副廠房電氣室的排煙風(fēng)機(jī)箱平時(shí)根據(jù)溫度變頻控制風(fēng)量進(jìn)行排風(fēng)，副廠房洞室風(fēng)機(jī)單機(jī)風(fēng)量12 000 m3/h,火災(zāi)時(shí)高速排煙，電動(dòng)防火百葉風(fēng)口進(jìn)風(fēng)。當(dāng)排煙風(fēng)機(jī)箱出口處電動(dòng)排煙閥關(guān)閉時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉對(duì)應(yīng)排煙風(fēng)機(jī)箱。

(4)火災(zāi)時(shí)，開啟對(duì)應(yīng)區(qū)域的排煙風(fēng)機(jī)箱高速排煙，關(guān)閉所有非消防電源和非火災(zāi)區(qū)域排煙風(fēng)機(jī)箱。副廠房排煙風(fēng)機(jī)箱在室內(nèi)、外設(shè)置便于操作的電氣開關(guān)。

(5)主廠房設(shè)置1臺(tái)立式除濕機(jī)(CLFZ10)，凝結(jié)水管排至尾水室。 除濕機(jī)采用專業(yè)微電腦控制，可根據(jù)用戶設(shè)定的相對(duì)濕度自動(dòng)開停。機(jī)組配帶濕度傳感器。機(jī)組設(shè)有過載、短路、缺相、過熱、高壓、低壓等保護(hù)，并能將除濕機(jī)故障信息通過無(wú)源接點(diǎn)傳至通風(fēng)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.5.2消防設(shè)計(jì)

(1)消防通道及安全通道

消防車輛可通過進(jìn)廠交通洞直達(dá)副廠房和主廠房。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，進(jìn)廠交通洞是主要的安全通道，特殊情況下，灌溉隧洞可作為應(yīng)急逃生通道；為此在發(fā)電鋼管隧洞中設(shè)進(jìn)入灌溉隧洞的應(yīng)急門。

(2)消火栓及滅火器布置

主廠房機(jī)組段設(shè)置2套室內(nèi)消火栓，安裝場(chǎng)設(shè)置2套室內(nèi)消火栓，其間距不大于30 m。室內(nèi)消火栓型號(hào)為SN65， 廠房?jī)?nèi)消火栓的布置均能保證有2股不小于10 m的充實(shí)水柱同時(shí)到達(dá)。

主廠房機(jī)組段配置手提式干粉型滅火器4具，6.3 kV高壓柜室配置手提式干粉型滅火器2具，安裝場(chǎng)配置手提式干粉型滅火器4具，中控室配置手提式二氧化碳型滅火器2具。滅火器設(shè)置點(diǎn)到每個(gè)滅火點(diǎn)的距離不超過15 m。

(3)消防給水

消防水源取自技術(shù)供水總管，提供全廠消防用水，其消防用水量均為10 L/s，每根水槍最小流量為5 L/s。

(4)消防電氣及火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)

消防用電設(shè)備的電源取自廠用電。為了保證發(fā)生火災(zāi)時(shí)運(yùn)行人員能安全疏散，廠房?jī)?nèi)最遠(yuǎn)工作地點(diǎn)至最近安全出口距離均不超過40 m，各個(gè)疏散通道、中控室、主廠房等均設(shè)置事故照明和疏散指示標(biāo)志，疏散指示標(biāo)志采用應(yīng)急燈，應(yīng)急時(shí)間為1 h。事故照明燈正常時(shí)由廠用電源供給，當(dāng)廠用電發(fā)生故障時(shí)，事故照明切換箱可自動(dòng)切換至直流電源，供給事故照明。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用分布式總線結(jié)構(gòu)，由1臺(tái)集中報(bào)警控制器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及光電火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、聲光報(bào)警器、聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站廠房、控制室火災(zāi)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制。 集中報(bào)警控制器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備布置在電站中控室內(nèi)，探測(cè)、報(bào)警及聯(lián)動(dòng)設(shè)備布置在現(xiàn)場(chǎng)。

3結(jié)語(yǔ)

古巴瑪雅里水電站由于發(fā)電廠房被限定在已開挖的洞室內(nèi)，所有機(jī)電設(shè)備布置設(shè)計(jì)受到現(xiàn)有洞室尺寸的限制，電站廠房1、2號(hào)臥式機(jī)組采用了機(jī)組中心線與廠房斜向布置的方式，使現(xiàn)有廠房的有限空間得到充分利用，也滿足了機(jī)組安裝、檢修的要求。3、4號(hào)機(jī)組由于裝機(jī)較小采用了立式混流整裝機(jī)組，進(jìn)一步減少了廠房占用空間。同時(shí)，由于該電站為地下廠房，還須充分考慮廠房通風(fēng)、散熱、除濕、消防等設(shè)計(jì)問題。 另外，國(guó)外電站的廠用電的電壓等級(jí)、頻率及對(duì)消防系統(tǒng)設(shè)備的要求也與我國(guó)不盡相同，這些差異在施工設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮。

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責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-01-27

作者簡(jiǎn)介：王曉罡(1969-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水電站電氣設(shè)計(jì)工作。

E_mail:xgwang@hrcshp.org