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J9九游会登录入口首页J9九游会登录入口首页第 46卷第 2期 甘 肃 水 利 水 电 技 术 Vo1．46．No．2 2010年 2月 Gam uW aterConservm~cyandHydropowerTechnology Feb．，2010 · 设计与研究 · 赛吾多水电站水力机械设计与选型 尹 大壮 (甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃 兰州 730000) 摘要：介绍了赛吾多水电站2x10．0MW水轮机发电机组机型及参数的选择，调速器、桥式起重机及油、气、水、水力测 量系统的设备选择。 关键词 ：赛吾多水电站 ；水力机械 ；设备选型；水轮发 电机组 中图分类号：TV734 文献标识码：B 1 工程概况 5 5 5 3 2 7 1 O 3 K 4 ： ．． 两个方案比较如表 2所列。 62一72～72～92～1黝O3 D4一O2蚴1踟X一0 3一2 赛吾多水电站位于合作市加茂贡乡境内的洮河干流上 表2 装机台数方案比较 游，枢纽距合作市52km。为低坝引水径流式电站，是以发电 为主的小型水电站工程。采用2台单机容量为 10MW的轴 名称 第一方案 第二方案 流式水轮发电机组。电站保证出力为4．4MW，多年平均发 机组台数／厶 3 装机容量 ／MW 19．8 电量 8283万kW ·h，年利用小时数4142h。 单机容量 ／MW 6．6 2 电站基本参数 (表 1) 型号 zo(z)55o-LJ_245 表 1 电站基本参数 额定水头，m 20．2 项 目 参数 额定转速 rain 250．0 枢纽正常蓄水位 ／m 额定流量／m’·8— 37．2 下游校核洪水位 (P=-0．5％，Q=1620m3／s时)／m 额定 出力，MW 6．91 ． ， 、 水。位。 下游设计洪水位 (P=3 水轮机参数 转轮直径／m 2．45 ． 33％，Q=1010m3／s时)／m 额定工况点效率／％ 93．75 下游正常尾水位 (口=l15m3，s时)／m 最高效率／％ 94 最大水头，m 允许吸出高度 ／m 一3 最小水头／m 水头 加权平均水头 单台重量／t 70／80 ／ 单台水轮机价格／万元 210／240 额定水头／m 型号 SF6600—24／4250 日平均保证流量 (P=-85％)m／，’8 ． ． ： 额定容量／MVA 8．25 流量 设计引用流量 ／， ．s—t 发电机参m数 ～单台重量 姗舛 一㈣蛳 。。 ^ 90 姗 ． 榔 装机容量 ／MW ． 单台发电机价格／万元 315 全部机组价格，万元 1605 动能指标萎 量，万w． 全部机组差价，万元 一23 年利用小时数h／ 调速系统投资差价／万元 一5 天然泥沙 多年平均悬移质输沙量 ／万 t 主阀投资差价／万元 · +100 特性 多年平均含沙量／kg．m 额定起重量 ／t 50／10—16 桥式起重机参数 跨度，如 16 3 装机台数的选择 投资差价／万元 一48 经水能计算和方案比较，电站装机容量确定为20MW。结 变配电设备投资差价，万元 +14 合电站具体情况，就电站的装机拟定了如下2个方案进行比较： 主厂房土建投资差价，万元 +120 方案一：2台单机容量 6．6MW的轴流定桨机组+l台单 总投资差额估算历元 +llO 机容量6．6MW的轴流转桨机组。 行 。 … 差的小流量区段电能)历 m s · 方案二：2台单机容量为 10MW 的轴流转桨机组。 kW h 收稿 日期 ：2010—01—07 作者简介：尹大壮(1982一)，男，黑龙江牡丹江人，助理工程师，学士 ，主要从事水利水电工程水力机械设计与消防设计。 · 28 · 第 2期 尹大壮：赛吾多水电站水力机械设计与选型 第 46卷 两方案比较如下： 表 3 轴流式转轮各机型方案参数比较 (1)第一方案从发电效益方面看较优 ，但投资相对较 参数 方案一 方案二 方案三 大，主接线m轴流转桨机组难 水轮机型号 ZZ550 K 15 ZZA 834 度较大。 额定水头／m 20．2 20．2 20．2 (2)第二方案有主接线简单、电站建设周期短 、运行维 转轮直~k_／m 3 3 3 护简单等优点，但在枯水季节运行稳定性较差 ，对电能指标 额定转速 ／rm·in- 214．3 214．3 214．3 有一定影响。 额定流量 ／m3·s 56．5 56．8 57．0 从节省工程初期投资和尊重业主意见的角度综合分析， 水 额定点效率 ／％ 93．6 93．7 93．4 选择第二方案作为电站的装机方案。 轮 机 额定出力／Mw 10．48 10．55 10．55 4 水轮机主要参数和机型选择 运行最高效率，％ 94 94 94 4．1 水轮机额定水头选择 额定工况模型空化系数 0．41 0．50 0．70 水轮机额定水头应根据 电站水头变化特性、加权平均水 头，并兼顾机型、装机台数 、转轮直径及额定转速和水轮机运 额定比转速 ／(mk·W) 504 512 5l2 行区域同时选择。 允许吸出高度，m — 3 _5．2 一l0 电站为引水径流式，水轮机额定水头的选择应保证电站 水轮机总重 ／t 122 122 122 发足装机容量 ，经比较，水轮机额定水头选为 20．2m。 发电机型号 SF-J10-284／550 SF—J10-284／550 SF-JIo_28／4550 4．2 水轮机 比速系数及 比转速选择 发 发电机容量，(Mw VA)一。 1o／12．5 10／12．5 10／12．5 比速系数k及比转速 n。是综合衡量水轮机的能量、空化 电 发电机风罩 内径 ／nun 7400 7400 7400 和水力稳定性的综合技术指标 ，也反映不 同国家、地 区及其 机 额定效率，％ 97．22 97．22 97．22 不同年代水轮机设计、制造水平。为缩小机组及厂房尺寸 ，节 单台发电机总重It 128．5 128．5 128．5 省投资，提高电站的经济效益 ，在可能的条件下，倾向于选择 较高的比速系数 及比转速 但是比转速提高受到水轮机 电站在系统中的任务仅为发电，距负荷中心较近，调速 强度、空化性能、泥沙磨蚀和运行稳定性等因素的制约。 器应有较高的灵敏度，良好的运行稳定性和过渡过程调节品 据有关统计资料，近年国内部分轴流转桨式水轮机比速 质。选用具有PID调节规律的微机双重调节调速器。调速器 系数k值在2238—2536间，相应 比转速 值介于488553 型号为BWST一80，主配压阀直径 80mm。油压装置型号 ITI·kW 之间。 HYZ一2．5—4，油压等级为4．0MPa。导叶设计有 自关闭趋势 ， 根据泥沙分析计算成果 ，电站所在洮河天然含沙量不 在调速器操作回路中装设两段关机装置。当调速系统发生故 大，多年平均含沙量为 0．25kg／m。因此在吸出高度许可时可 障而不能关闭导叶时应及时 自动关闭蜗壳进 口的自动保压 选用较高比转速水平的水轮机。 液控蝶阀，以防飞逸损坏机组。 4．3 水轮机机型选择 5．2 水轮机进水阀 赛吾多水电站为小型水电站，其水轮机应立足于国内已 为满足机组检修和作为调速系统的后备保护 ，在水轮机 运行的机型。电站水头范围为 17．3O～22．21m，可选择贯流式 金属蜗壳前设置进水蝶阀。选用4600KD741H一6Vk型 自动保 或轴流式水轮机。这两种机型方案相比较 ，贯流式水轮机有 压液控蝶阀。蝶阀装置成套采购，包括蝶阀、伸缩节、上下游 较大的单位流量和较高的比转速 ，结构紧凑 ，与同规模轴流 连接管、排气阀、旁通管及其控制阀、蝶阀液压系统及电气控 式机组比较，可降低机组造价和减少土建工程量。考虑到该 制系统等。在进水蝶阀全开正常工作时有液压锁定装置 (或 电站属小型电站，贯流机组在安装、检修、维护等运行管理方 机械锁定装置，但应能自动解除)，在阀门全关检修时有机械 面较轴流机组困难，另外，近几年我国开发研制的轴流式水 锁定装置。进水蝶阀能动水关闭，关闭时间20120s可调 ， 轮发电机组新转轮的模型效率和抗空蚀性能指标较高。综上 能在阀两侧压力差等于 10II1时正常开启，开阀时间60-120s 分析，机型采用轴流式水轮发电机组。 可调。 根据前述确定的水轮机比转速水平 ，结合国内有关制造 5．3 厂内桥式起重机 厂商推荐的机组参数，本电站水轮机额定单位流量QII取值 电站厂房内机电设备的最重起吊件为发电机转子 ，含吊 在 1．3-1．5m／s，额定单位转速 取值在 135154rm／in。 具重约68t。为满足设备安装和检修的要求，设 l台75t2／0t 电站选择ZZ550、k15和ZZA834等 3种机型进行计算比 单小车吊钩桥式起重机，跨度 l8．5nl，主钩起升高度24Ill， 较。各转轮比较参数见表3。 起升速度 O．19—1．66m／min，副钩起升高度 28nl，起升速度 各机型方案转轮在额定水头下均能发出额定出力的情 0．72-6．47m／rain，大车运行速度 26m／min，小车运行速度 况下，重点考虑电站布置对空化系数和吸出高度的要求，确 1O．7m／min，工作制为A3。 定水轮机机型为ZZ550。此机型在国内运行电站较多，运行 5-4 油系统 情况总体较好。 电站油系统包括透平油系统和绝缘油系统。透平油系统 5 辅助设备的选择 主要用于机组润滑和操作用油，设置透平油处理设备和存储 5．1 调速器及油压装置 油桶。绝缘油系统用于电器部分的变压器 ，(下转第62页) · 29 · 2010年第 2期 甘肃水利水电技术 第46卷 衬砌结构型式，采用回填混凝土，超前锚桩、固结灌浆等处理 置 p2‘2连接筋，间距 80cnl。 、 措施顺利通过塌方段。 ③ 安装拱腿、锁脚锚杆、系统锚杆及第二次网喷混凝 (4)K3+644．6~K3+985、K4+154～K4+368段段岩体较破 土。下导洞开挖分两次 ，先挖左边，安装完左拱腿后 ，再开挖 碎，局部没有 自稳能力 ，围岩属Ⅳ类，开挖主要采用风镐、钢 右边，安装右拱腿。为保证钢拱架不下沉，在拱腿上设置锁定 钎 、局部放松动炮。初期支护 ：支撑 I工字钢钢拱架 ，间距 锚杆 25、／=2．02．5m。安装系统锚杆、挂钢筋网，其布置形 1．o~1．5111，拱腿打设锁脚锚杆 22、1=1．5m，每根腿布置4根， 式及规格同前，喷C20混凝土，厚 15cm。 与拱腿焊接，拱架与拱架用 22钢筋连接，连接筋间距 1．2m； ④ 洞底钢拱架封闭及底部混凝土浇筑。为了防止洞内 网喷C20混凝土厚 10am，钢筋网规格 p‘6@15cmx15cm。 侧土压力，在洞底部设置水平支撑，并与侧拱焊接牢固；为了 (5)K3+985~K4+154段 ，此段地质情况复杂， 、F F蜥 防止洞底板长时间浸泡发生下沉，在洞底部浇筑 C20混凝 几组断层分布其间，且 F锝与F。断层在此段交汇 ，围岩属V 土，厚 20am。 类，具体施工程序如下： 4 结语 ① 超前支护。隧洞掌子面未开挖前在顶拱中心线)与常规爆破方法比较，光面爆破的钻孑L数多，对钻 范围内打孔 ，安装超前支护锚杆，其规格 25、=／4．5m，深入 孔的角度、间距要求高，但开挖面平顺、裂缝少 ，超挖少，因而 岩体 3．5111，外露 1．0IT／，环向间距 2030am。 减少了临时支撑、灌浆和衬砌混凝土工程量 ，使隧洞工程的 ② 锚杆施工后安装支撑钢拱架加强支护。开挖为正台 投资大为减少。 阶开挖，上导洞开挖成型后先安装洞顶钢拱架，拱架腿落在 (2)在隧洞开挖过程中，采用强有力的支护形式 ，保证 上导洞平台，间隙用木板垫实。校正到位后 ，素喷C20混凝 了输水隧洞安全、顺利贯通，为隧洞混凝土衬砌赢得了时间， 土，厚 10em(分两次喷)，钢拱架纵向间距 O．5 1．0m，并设 积累了经验。 最畦 ● ‘s ‘s ● ‘ 0 0 ‘ 0 ‘ ‘ ‘ ^ 0 ‘ ‘ ● ‘ ¨ ^ ‘ ^ ^ ‘ ‘ ● 0 ‘ 0 0 0 ■ ： (上接第29页)因现在的变压器采用免维护变压器，所以仅 5．7 排水系统 设置绝缘油处理设备 ，不设置存储油桶。油库 内设置 2个 排水系统包括机组检修排水系统和厂房渗漏排水系统。 10ITI油罐，油处理室内设置 2台LY一50型压力滤油机，1台 在厂房内各设置一个集水井 ，集水井上设置长轴深井泵，排 ZJCQ一3型线台 水至下游尾水渠。机组检修排水系统设置 2台3001LIC185— ZJB3KY型真空滤油机，油化验室配置 1套简化分析油化验 12x2型深井泵 ，厂房渗漏排水系统设置 2台350RJC400— 设备。 18xl型深井泵。各系统深井泵的起停由液位信号器 自动控 5．5 压缩空气系统 制。工作方式均为 1台工作 ，1台备用。 压缩空气系统包括中压压缩空气系统和低压压缩空气 5．8 水力监测系统 系统。中压压缩空气系统主要用于调速器系统中压力油罐用 为确保电站安全经济运行 ，电站设置了全厂性量测仪器 气。选用 2台额定压力为4MPa的SRH660型中压空气压缩 仪表和机组段量测仪器仪表。前者包括：上、下游水位采用指 机 ，1个额定压力为4．5MPa的 1．5m 中压储气罐。空压机的 示型水位变送器 ；电站毛水头采用WT200ODP型差压变送 起停 由中压储气罐上的压力信号器 自动控制。低压压缩空气 器；冷却水温采用 WX型温度信号器；拦污栅前、后压差采用 系统主要用于机组的正常制动用气、水轮机检修密封、吹扫 WT2000DP型差压变送器 ；集水井、生活水池、循环水池采用 和风动工具用气。选用两台额定压力为0．8MPa的$24—2型 水位变送器。以上水位变送器及压差变送器均通过水位水头 空压机，两个额定压力为 0．8MPa的2m低压储气罐。空压 监视仪显示、报警。后者包括：蜗壳进 口压力、尾水管出口压 机的起停 由低压储气罐上的压力信号器 自动控制。 力采用压力表显示，水轮机工作水头采用WT2000GP型压力 5．6 供水系统 变送器 并通过水位水头监视仪显示 ；蜗壳测流采用 供水系统主要包括机组循环冷却器技术供水、消防系统 WT2000DP型差压变送器并通过流量监测装置显示 ；主轴密 给水和生活供水。电站水头范围为 17．3O一22．21nl，选择从机 封压力、转轮与导叶间压力采用压力表显示；顶盖压力、尾水 组进水钢管取水的自流供水系统作为主技术供水，设置2台 管进 口压力采用压力真空表显示 ；机组振动、主轴摆度采用 DLS一150型全 自动滤水器。厂房内循环水池供水系统作为备 振动、摆度探测仪及其检测装置。水位水头监视仪、流量监测 用技术供水 ，设置2台尾水热交换器和3台300RJC160—46 装置、振动摆度检测装置与计算机监控系统有通信接 口。 型深井泵，其中I台作为备用泵。循环水池的补水水源来 自 6 结语 生活水池。当自流供水系统发生故障或水质达不到技术要求 赛吾多水电站属小型水电站，是同一业主开发的梯级电 时，投入循环水池供水系统。消防系统主水源取 自机组进水 站中的一级，与上一级已建成电站均使用轴流转桨式水轮机 钢管，备用水源取自生活水池。两水源压力均不能满足消防 组，以便于检修、维护和运行管理。用 自动保压液控蝶阀作为 水压要求 ，采用水泵增压供水，设置2台XBD3／25型消防泵， 机组防飞逸的应急措施是有效可行的。并根据本电站 自身特 其中1台备用。在厂房外设置 1个250In的生活水池 ，作为 点进行了辅助设备各系统设计。使整个电站安全稳定运行， 电站生活供水、清扫及消防备用水源。 充分发挥小型水电站的发电效益。 · 62
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