伊辛巴水電站水力機(jī)械輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李彥浩

（上?？睖y設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

1 概述

伊辛巴水電站位于烏干達(dá)共和國南部維多利亞尼羅河上，電站采用河床式地面廠房，廠房尾水與下游河道直接相連。樞紐主要建筑物包括攔河大壩、溢洪道、發(fā)電廠房及132 kV開關(guān)站。電站主要特性參數(shù)如表1所示：

表1 電站特性參數(shù)表

該電站4臺(tái)機(jī)組已在2019年1月全部投產(chǎn)發(fā)電，圖1為該電站整體面貌實(shí)景圖。

圖1 伊辛巴水電站實(shí)景圖

2 水輪機(jī)及其附屬設(shè)備

2.1 水輪機(jī)型式及基本參數(shù)

本電站機(jī)組裝設(shè)4臺(tái)立式軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為45.8 MW。水輪機(jī)的主要參數(shù)如表2所示：

表2 水輪機(jī)特性參數(shù)表

2.2 水輪機(jī)安裝高程

本電站水輪機(jī)安裝高程為1 033.60 m。根據(jù)制造廠提出的參數(shù)，初生空化系數(shù)σi=0.82～0.92，臨界空化系數(shù)σc=0.69～0.8，相應(yīng)的水頭在16.45 m～15.0 m，水輪機(jī)無汽蝕運(yùn)行所需的吸出高度為-4.89 m～-5.40 m，當(dāng)Hs=-5.40 m時(shí)，水輪機(jī)安裝高程約為1 033.60 m?？紤]到本電站需在高于額定水頭的某水頭（約16.0 m）以上運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)應(yīng)能以51.8 MW超出力長期穩(wěn)定運(yùn)行以及在最高水頭17.9 m附近時(shí)以61 MW超出力短期穩(wěn)定運(yùn)行的不利情況，在最大水頭時(shí)空化系數(shù)按0.65考慮，取1.25的安全系數(shù)，則吸出高度約為-5.69 m，留一定的安全余量，推薦水輪機(jī)的吸出高度為-6 m，相應(yīng)的水輪機(jī)安裝高程為1 033.1 m。

2.3 水輪機(jī)附屬設(shè)備

2.3.1 調(diào)速器和油壓裝置

每臺(tái)機(jī)組均配備1臺(tái)具有PID調(diào)節(jié)規(guī)律的微機(jī)型電液調(diào)速器，調(diào)速器具有較高的靈敏度、良好的運(yùn)行穩(wěn)定性及優(yōu)良的調(diào)節(jié)品質(zhì)。額定操作油壓為6.3 MPa,導(dǎo)葉接力器開啟時(shí)間為5～60 s可調(diào)節(jié)。每臺(tái)調(diào)速器配置一套油壓裝置，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、螺桿式油泵、壓力油罐、回油箱、組合式閥門等設(shè)備。

2.3.2 廠內(nèi)橋式起重機(jī)

本電站水輪發(fā)電機(jī)組最重起吊部件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子重約213 t～227 t，起吊轉(zhuǎn)子的起吊軸重約10 t，平衡梁重約20 t，則最大起吊重量約243 t～257 t，因此，為滿足設(shè)備安裝和檢修的需要，選用2臺(tái)175/50/20 t型電動(dòng)橋式起重機(jī)，跨度19.60 m。根據(jù)起吊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的需要，配備平衡梁1套。橋機(jī)特性參數(shù)表如表3所示。

表3 橋機(jī)特性參數(shù)表

3 輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)供水系統(tǒng)

技術(shù)供水系統(tǒng)供水對(duì)象為發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、上導(dǎo)軸承冷卻器、下導(dǎo)及推力軸承冷卻器、水導(dǎo)軸承冷卻器及水輪機(jī)主軸密封潤滑用水。本電站水輪機(jī)運(yùn)行水頭范圍為11.10 m～17.90 m，冷卻水系統(tǒng)采用單元供水方式，有兩路水源，主水源采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，熱交換器采用尾水冷卻器，循環(huán)水來自凈水系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)由高位膨脹水箱從凈水系統(tǒng)取水，通過水泵加壓進(jìn)入尾水冷卻器進(jìn)行冷卻，再進(jìn)入供水對(duì)象；備用水源采用直接供水系統(tǒng)從下游尾水取水，通過冷卻水泵，濾水器后進(jìn)入供水對(duì)象，通過閥門進(jìn)行兩個(gè)系統(tǒng)的切換。主軸密封潤滑水取自尾水，由主軸密封供水泵直接供水，每臺(tái)機(jī)組設(shè)兩臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，當(dāng)機(jī)組冷卻采用直接供水時(shí)，主軸密封供水也可由冷卻供水泵直接供水。

3.2 檢修排水系統(tǒng)

電站采用直接排水方式，機(jī)組檢修排水具體操作方法為：機(jī)組檢修前，關(guān)閉進(jìn)出水流道檢修閘門，打開蝸殼側(cè)面排水閥，將蝸殼底部0.3 m以上的積水排至尾水管；打開尾水管側(cè)面排水閥，將尾水管底部0.3 m以上的積水排至位于尾水管底部的排水總管內(nèi)，然后再通過支管引至檢修排水泵，由該水泵排至尾水。抽干積水后，關(guān)閉檢修排水泵，打開蝸殼底部和尾水管底部的排水閥，將底部積水排至油水分離池。本電站檢修排水系統(tǒng)選用4臺(tái)Q=650 m3/h，H=41 m的檢修排水泵和2臺(tái)Q=359 m3/h,H=40 m的檢修排水泵。

3.3 滲漏排水系統(tǒng)

廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)設(shè)置1只集水井，集水井有效容積取350 m3，為避免將廠內(nèi)的油污水直接排至下游河流，該井設(shè)有2個(gè)腔，一個(gè)為油水分離腔，另一個(gè)為凈水腔，中間設(shè)有隔墻，隔墻底部設(shè)有聯(lián)通管，含油污水首先進(jìn)入油水分離腔，由于油比水輕，油污漂浮于水上，下部的凈水通過聯(lián)通管進(jìn)入凈水腔，凈水腔中的凈水將通過設(shè)于該腔內(nèi)的排水泵排至尾水，配置2臺(tái)滲漏排水泵，2臺(tái)應(yīng)急排水泵，Q=350.6 m3/h,H=45.2 m。為方便集水井清污，井內(nèi)配置1臺(tái)Q=30 m3/h,H=40 m的潛水排污泵。

油水分離腔的有效容積約140 m3，油水分離腔內(nèi)的含油污水將根據(jù)腔內(nèi)的油污情況定期或自動(dòng)由浮油收集機(jī)清理，為此，配置2臺(tái)浮油收集機(jī)。

3.4 中壓壓縮空氣系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要供氣對(duì)象是調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置用氣，調(diào)速器壓力油罐額定工作壓力為6.30 MPa，壓力油罐容積約8 m3，其中壓縮空氣的容積約5.2 m3，為了提高中壓壓縮空氣的供氣質(zhì)量，空壓機(jī)的排氣壓力為10 MPa，減壓比大于1.2。中壓空壓機(jī)的排氣量按2 h充滿一臺(tái)調(diào)速器油壓裝置用氣量確定；中壓貯氣罐的容積按1臺(tái)機(jī)組的調(diào)速器油壓裝置補(bǔ)氣量確定。為了提高中壓壓縮空氣系統(tǒng)可靠性，選用2臺(tái)排氣量為2 m3/min的中壓空壓機(jī)，貯氣罐首次充氣時(shí)兩臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)工作，貯氣罐補(bǔ)氣時(shí)一臺(tái)工作一臺(tái)備用；系統(tǒng)配置2只2 m3中壓儲(chǔ)氣罐，空壓機(jī)的起停由儲(chǔ)氣罐上的壓力開關(guān)自動(dòng)控制，同時(shí)還設(shè)置有壓力傳感器，以監(jiān)視系統(tǒng)壓力。為進(jìn)一步提高壓縮空氣的干燥度，系統(tǒng)配置1臺(tái)氣體干燥裝置。

3.5 低壓壓縮空氣系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要用于機(jī)組的制動(dòng)用氣、水輪機(jī)檢修密封空氣圍帶用氣、吹掃和風(fēng)動(dòng)工具用氣。系統(tǒng)額定壓力為0.7 MPa。本系統(tǒng)選用2臺(tái)Q=5.0 m3/min，P=0.8 MPa的空壓機(jī)，空壓機(jī)的起停由設(shè)置在儲(chǔ)氣罐上的壓力開關(guān)自動(dòng)控制，同時(shí)還設(shè)置有壓力傳感器，以監(jiān)視系統(tǒng)壓力。配置2只Q=2.0 m3，P=1.0 MPa的制動(dòng)氣罐，2只Q=1.0 m3，P=1.0 MPa的檢修氣罐。考慮到機(jī)組制動(dòng)時(shí)有可靠的氣源，在制動(dòng)儲(chǔ)氣罐與檢修儲(chǔ)氣罐之間設(shè)一連絡(luò)管，并設(shè)有止回閥，檢修用氣罐可作為制動(dòng)供氣用氣的補(bǔ)充氣源。為提高壓縮空氣的干燥度，系統(tǒng)配置1臺(tái)氣體干燥裝置，Q=5.5 m3/min，P=1.0 MPa。

3.6 透平油系統(tǒng)

透平油系統(tǒng)主要作用是滿足機(jī)組軸承潤滑和設(shè)備操作用油。系統(tǒng)包括接收新油、貯油、油的凈化處理以及向機(jī)組各個(gè)軸承、調(diào)速器油壓裝置等供、排油。為滿足機(jī)組供油、排油及油處理的需要，選用2只25 m3凈油罐，2只25 m3運(yùn)行油罐，2臺(tái)ZJCQ-4型透平油濾油機(jī)，2臺(tái)2CY-6/3.3-1型油泵，1臺(tái)0.5 m3的移動(dòng)油罐，2臺(tái)在線過濾裝置。

3.7 絕緣油系統(tǒng)

變壓器用油須在現(xiàn)場進(jìn)行加油、干燥和清潔。為此設(shè)置移動(dòng)式的油泵、油罐和油處理設(shè)備。本電站一臺(tái)變壓器用油量為20 m3，油泵容量按4～6 h充滿一臺(tái)變壓器，濾油機(jī)按不大于8 h過濾一臺(tái)變壓器用油量，配置2臺(tái)Q=6 m3/h的移動(dòng)齒輪油泵，1臺(tái)精密濾油裝置，2臺(tái)雙級(jí)真空凈油裝置，以及1臺(tái)真空抽氣裝置。

3.8 水力量測系統(tǒng)

水力量測系統(tǒng)的主要任務(wù)是經(jīng)常地或定期地監(jiān)測機(jī)組和全廠有關(guān)水力參數(shù)，以保證電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電站水力量測系統(tǒng)分全廠監(jiān)測項(xiàng)目和機(jī)組段監(jiān)測項(xiàng)目兩部分。全廠性監(jiān)測項(xiàng)目主要有上、下游水位、電站毛水頭、攔污柵前后壓差、進(jìn)水口事故閘門前后壓差等監(jiān)測項(xiàng)目；機(jī)組段監(jiān)測項(xiàng)目主要有蝸殼進(jìn)口壓力、水輪機(jī)頂蓋壓力、尾水管進(jìn)口真空壓力、尾水管壓力脈動(dòng)、尾水管出口壓力、機(jī)組凈水頭、機(jī)組流量、機(jī)組振動(dòng)、機(jī)組擺度、抬機(jī)量等監(jiān)測項(xiàng)目，以保證電站和機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 機(jī)電設(shè)備布置

技術(shù)供水設(shè)備布置在蝸殼層的技術(shù)供水設(shè)備室內(nèi)，檢修排水設(shè)備和滲漏排水設(shè)備布置在尾水管層的檢修集水井和滲漏集水井內(nèi)，中低壓壓縮空氣系統(tǒng)布置在水輪機(jī)層安裝間下部的壓縮空氣設(shè)備室內(nèi)，透平油系統(tǒng)設(shè)備布置在水輪機(jī)層安裝間下部的透平油設(shè)備室內(nèi)，絕緣油系統(tǒng)設(shè)備布置在變壓器事故油坑附近。

5 結(jié)語

烏干達(dá)伊辛巴水電站已發(fā)電運(yùn)行，本文選用的水力機(jī)械輔助設(shè)備先進(jìn)合理，滿足了電站各個(gè)輔助系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。