清遠(yuǎn)抽水蓄能電站輔助系統(tǒng)參數(shù)選擇

呂志鵬，田新文

（1.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東省清遠(yuǎn)市 511853；2.廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東省廣州市 510635 ）

1 工程概況

1.1 簡(jiǎn)介

廣東省清遠(yuǎn)抽水蓄能電站位于廣東省清遠(yuǎn)市的清新縣太平鎮(zhèn)境內(nèi)，地理位置處于珠江三角洲西北部，直線距廣州75km，距清遠(yuǎn)市32km，是一座日調(diào)節(jié)的純抽水蓄能電站。廠內(nèi)安裝4臺(tái)立式單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)—發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)組，單機(jī)容量320MW，總裝機(jī)容量1280MW。

樞紐工程由上庫、下庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群及開關(guān)站、永久公路等部分組成。輸水系統(tǒng)采用一管四機(jī)方案，由引水隧洞、高壓隧洞、高壓岔管、引水支管、尾水支管、尾水岔管、尾水調(diào)壓井和尾水隧洞組成。廠房洞室群主要有地下主廠房、安裝間、副廠房、主變洞、母線洞、尾水事故閘門廊道和500kV高壓電纜洞。機(jī)組安裝高程42m，吸出高度為-66m，采用斜向進(jìn)水方式。

1.2 參數(shù)[1]

最大毛水頭：504.50m；

最小毛水頭：459.12m；

水輪機(jī)工況額定凈水頭：470.00m；

上庫正常蓄水位：612.50m；

上庫死水位：587.00m；

下庫正常蓄水位：137.70m；

下庫死水位：108.00m。

2 技術(shù)供排水系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

技術(shù)供水系統(tǒng)包括機(jī)組冷卻水系統(tǒng)和自流供水系統(tǒng)。機(jī)組冷卻水系統(tǒng)主要供水對(duì)象包括機(jī)組各導(dǎo)軸承、發(fā)電電動(dòng)機(jī)空冷器、主軸密封、轉(zhuǎn)輪密封、主變負(fù)載等。自流供水系統(tǒng)主要供給主變空載、SFC設(shè)備、空壓機(jī)、通風(fēng)空調(diào)的冷卻及消防、生活用水等。

冷卻水系統(tǒng)從下游尾水管取水，排水口布置至尾水支管靠近尾閘處。采用單元供水，每供水單元設(shè)兩臺(tái)水泵，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。每臺(tái)水泵出水管上設(shè)置一個(gè)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)式濾水器，供水管設(shè)有電動(dòng)閥，該閥根據(jù)機(jī)組開停機(jī)自動(dòng)控制。水泵和濾水器布置在主廠房蝸殼層。

2.2 水泵參數(shù)選擇

（1）水泵流量。

水泵流量根據(jù)供水對(duì)象的用水量確定，各供水對(duì)象的耗水量如表1所示。

表1 供水對(duì)象耗水量Tab.1 Water consumption of water supply object L/min

水泵的設(shè)計(jì)流量選定為25.70m3/min（備用系數(shù) 1.15）。

（2）水泵揚(yáng)程。

水泵揚(yáng)程包括凈揚(yáng)程、動(dòng)揚(yáng)程、管路損失三部分[2]。技術(shù)供水系統(tǒng)取水口、排水口高程相同，故不考慮位置揚(yáng)程；進(jìn)出水管流速相當(dāng)，則不考慮動(dòng)揚(yáng)程，則水泵揚(yáng)程只有管路損失。管路損失包括因管路摩擦引起的沿程損失、管件水阻引起的局部損失。

1）沿程損失計(jì)算公式（hp）[3]：

管路摩擦系數(shù)采用SWamee-Jain公式計(jì)算：

式中L——管路長(zhǎng)度；

D——管路內(nèi)徑；

Re——雷諾系數(shù)；

V——流速；

e——管路內(nèi)壁粗糙度（0.05mm）。

2）局部損失計(jì)算公式：

式中ζ——局部損失系數(shù)（見表2）。

表2 管件摩擦系數(shù)表Tab.2 Tube friction coefficient table

3）部件水頭損失見表3。

表3 部件水頭損失表Tab.3 Component head loss meter m

4）損失計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖1，損失計(jì)算見表4。

圖1 技術(shù)供水系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Fig．1 The technical water supply system diagram

表4 管路損失計(jì)算表Tab.4 Pipe loss calculation table

3 氣系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

壓縮空氣系統(tǒng)包括中壓空氣系統(tǒng)與低壓空氣系統(tǒng)[4]。中壓空氣系統(tǒng)的任務(wù)是向調(diào)速器壓力油罐初次充氣和日常運(yùn)行期間補(bǔ)氣，以及提供機(jī)組水泵工況起動(dòng)或調(diào)相運(yùn)行時(shí)壓低轉(zhuǎn)輪室水面用氣；低壓空氣系統(tǒng)的任務(wù)是機(jī)組制動(dòng)用氣。

氣系統(tǒng)設(shè)置四臺(tái)中壓氣機(jī)，其中一臺(tái)備用，使用時(shí)可切換；共設(shè)一個(gè)壓力平衡儲(chǔ)氣罐，一個(gè)調(diào)速器壓力油罐自動(dòng)補(bǔ)氣儲(chǔ)氣罐；每臺(tái)機(jī)組設(shè)二個(gè)壓水用氣儲(chǔ)氣罐。低壓空氣系統(tǒng)是從壓力平衡儲(chǔ)氣罐經(jīng)減壓閥至制動(dòng)用氣儲(chǔ)氣罐，供四臺(tái)機(jī)組機(jī)械制動(dòng)停機(jī)使用。

3.2 空壓機(jī)參數(shù)選擇

氣系統(tǒng)主要參數(shù)包括系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐容積、空壓機(jī)排氣量、空壓機(jī)排氣壓力，設(shè)計(jì)原則如下：

（1）為提高水泵工況和調(diào)相工況的啟動(dòng)功率，在空壓機(jī)不工作和儲(chǔ)氣罐內(nèi)為最低工作壓力和允許最小氣壓之間，儲(chǔ)氣罐的容積仍能滿足連續(xù)2次壓低轉(zhuǎn)輪室水面的用氣要求。

（2）空壓機(jī)排氣量以空壓機(jī)工作2h滿足四臺(tái)機(jī)組一次壓水用氣量為依據(jù)，一次壓水用氣量包括水泵工況啟動(dòng)開始?jí)核桨l(fā)電電動(dòng)機(jī)并網(wǎng)后開始排氣全過程的總用氣量，外加15min的漏氣量，每分鐘漏氣量為充氣壓水體積的2%。

（3）調(diào)相系數(shù)：從發(fā)電運(yùn)行工況切換為調(diào)相運(yùn)行工況時(shí)，需調(diào)小導(dǎo)葉開度，在即將全關(guān)之前開始?jí)核a(bǔ)氣，此時(shí)水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，供給的壓縮空氣沿尾水管向下游逃逸，此部分損失因調(diào)相運(yùn)行產(chǎn)生，并應(yīng)包含在儲(chǔ)氣罐容量?jī)?nèi)，稱為調(diào)相系數(shù)（K）。

根據(jù)水輪機(jī)部件尺寸、下庫正常蓄水位等資料，確定：機(jī)組臺(tái)數(shù)4個(gè)（NW）；主用室壓機(jī)臺(tái)數(shù)3臺(tái)（NC）；調(diào)相運(yùn)行的機(jī)組臺(tái)數(shù)2臺(tái)（NWC）；調(diào)相系數(shù)為1.3（K）；轉(zhuǎn)輪室與尾水管下壓體積35m3（Vd）；尾水管下壓設(shè)定水位時(shí)最大壓力1.0MPa（Pd）；每臺(tái)機(jī)組配置儲(chǔ)氣罐個(gè)數(shù)2個(gè)（Nr）；儲(chǔ)氣罐的最大常用氣壓7.4MPa（Pr0）、最小常用氣壓7.0MPa（Pr1）；壓水次數(shù)1次（N）、備用壓水次數(shù)1次（a）；多方指數(shù)1.2（n）；儲(chǔ)氣罐壓力回復(fù)時(shí)間120min（T），計(jì)算空壓機(jī)吐氣量。

（1）儲(chǔ)氣罐允許最小工作氣壓（Pr3）[5]：

（2）儲(chǔ)氣罐容量（Vr）：

（3）復(fù)核水泵工況壓水啟動(dòng)15min后氣罐壓力（考慮漏氣量）：

（4）復(fù)核發(fā)電工況轉(zhuǎn)換到調(diào)相工況，壓水1次后氣罐壓力：

（5）空壓機(jī)吐氣量。

1）空壓機(jī)四臺(tái)（一備）需歷時(shí)2h將4臺(tái)水泵水輪機(jī)壓水氣罐的壓力從壓水后的余壓（Pr2）恢復(fù)最小常用氣壓（Pr1），即：

2）二臺(tái)機(jī)組同時(shí)調(diào)相運(yùn)行補(bǔ)氣時(shí)所需空壓機(jī)的吐氣量：

所以空壓機(jī)的吐氣量8.76m3/min。

4 油系統(tǒng)

4.1 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

油系統(tǒng)包括透平油系統(tǒng)與絕緣油系統(tǒng)。

（1）透平油處理室位于副廠房最底下一層，高程與主廠房蝸殼層相同，包括機(jī)組軸承檢修油箱、調(diào)速器檢修油箱。設(shè)備檢修時(shí)排油自流至油箱。供排油總管在蝸殼層下游側(cè)從發(fā)電機(jī)層安裝間至處理室，便于設(shè)備接收新油。

油箱容積定為一臺(tái)機(jī)組透平油總量或油壓裝置充油量的120%，設(shè)置10m3油桶、20m3油桶各一個(gè)。油凈化處理設(shè)備配置壓力濾油機(jī)2臺(tái)，透平油濾油機(jī)1臺(tái)，移動(dòng)式齒輪油泵2臺(tái)。

（2）變壓器絕緣油處理系統(tǒng)配置移動(dòng)式檢修油箱30m3三個(gè)，絕緣油系統(tǒng)配備兩臺(tái)壓力濾油機(jī)和一臺(tái)雙級(jí)高真空過濾機(jī)。

4.2 油泵及濾油機(jī)參數(shù)選擇

移動(dòng)式齒輪油泵主要是將油從檢修油箱經(jīng)供排油總管排至發(fā)電機(jī)層移動(dòng)式油車內(nèi)；用于上導(dǎo)軸承油槽、推力軸承油槽、水導(dǎo)油槽在機(jī)墩旁循環(huán)濾油；將油從檢修油箱提升至上導(dǎo)油槽。油泵揚(yáng)程根據(jù)發(fā)電機(jī)層和蝸殼層高程差、最大的管路損失確定，選擇齒輪油泵的流量為12m3/h，揚(yáng)程為60m，二臺(tái)。

壓力濾油器用于過濾油內(nèi)雜質(zhì)，并且能夠?qū)⒂吞嵘辽蠈?dǎo)油槽，濾油機(jī)揚(yáng)程100m，流量100L/min。

5 總結(jié)

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站油氣水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與設(shè)備布置方式結(jié)合以往電站的基礎(chǔ)上加以優(yōu)化改進(jìn)，技術(shù)供水系統(tǒng)是供水泵與自流供水相結(jié)合的方式；排水系統(tǒng)采用自流排水，結(jié)合環(huán)保的理念，在出口考慮油污處理設(shè)計(jì)；氣系統(tǒng)為提高壓水供氣的穩(wěn)定性，設(shè)置穩(wěn)壓氣罐；油系統(tǒng)的特點(diǎn)是布置簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，各系統(tǒng)在計(jì)算上的改進(jìn)之處在于：

（1）沿程損失計(jì)算摩擦系數(shù)采用SWamee-Jain公式，并非《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》上一直采用的固定值0.0025。

（2）廠家要求調(diào)相壓水水面遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)輪，造成壓水容積大，且調(diào)相運(yùn)行采用小導(dǎo)葉開度，調(diào)相系數(shù)值較以往設(shè)計(jì)值較大。

[1] 何文才，吳新平，等．廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站可行性研究報(bào)告．廣州：廣東水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2011．HE Wencai，WE Xinping，et al． Guangdong qingyuan pumped storage power station feasibility study report．Guangzhou ：Guangdong Hydropower Planning & Design Institute，Guangzhou，2011．

[2] 李亞峰．水泵及水泵站．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009．LI Yafeng． Water pump and water pump station． Beijing ：Mechanical industries press，2009．

[3] 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組．水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械部分．北京：水利電力出版社，1983．Electrical and mechanical design guide of hydropower station writing group． Hydraulic machinery part of Electrical and Mechanical Design Guide of Hydropower Station． Beijing： Water Resources and Electric Power Press，1983．

[4] 龍建明．水電站輔助設(shè)備．鄭州：黃河水利出版社，2009．LONG Jianning． Auxiliary equipment for hydropower station．Zhengzhou ： Yellow River water conservancy press，2009．

[5] DL/T 5208—2005抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則．北京： 中國電力出版社，2005．DL/T 5208—2005Design guide for pumped storage power station．Beijing：China Electric Power Press，2005．