河湾水电站水力机械设计

2012-09-06 00:54凌敏
城市建设理论研究 2012年22期
关键词:水轮机发电机

凌敏

摘 要:介绍了河湾水电站的水力机械设计,主要包括水轮机的选型 ,水轮发电机组的特点,电站水力机械辅助设备等。

关键词:水力机械;水轮机;发电机;辅助系统设计;河湾水电站

中图分类号:F407.4文献标识码:A 文章编号:

河湾水电站为坝后式开发,主要由碾压混凝土拦河拱坝、引水系统、岸边式厂房等组成。电站安装2台10 MW混流式水轮发电机组。本工程等别为 五等工程,工程规模为 小型。电站以发电为主,电力通过贵州电网送入广西水利电业集团网。

1 主机设备选型及特点

1.1 水轮机

1.1.1 水轮机的选型及主要参数

本工程对机组台数,2×10MW和3×6.6 MW,2个方案进行了比选。比较认为,在技术上无限制性因素,但在工程总投资上和枢纽布置上2台机方案具有明显的优势,能满足电站运行要求,投资较少,且日常运行维护较方便,最后确定为2台机方案,单机容量10 MW 。

河湾水电站在系统中担任基荷外,还需要满足运行要求。这就要求水轮机有较高的效率、较宽的高效率区、良好的抗空蚀性能和水力稳定性。在对国内水头容量相近的水电站资料分析及向厂家咨询的基础上,结合本电站运行条件要求,最终确定了立轴混流式水轮机,俯视顺时针旋转,水轮发电机组采用两根轴结构。其主要参数为:水轮机型号HLA286-LJ-162,最大水头68.0 m,额定水头55.0 m,最小水头44.0 m,额定出力10.5MW,额定转速375 r/min,飞逸转速793r/min,额定流量22.01m³/s,额定工况效率91%,旋转方向俯视为顺时针,蜗壳包角345°,吸出高度+0.90m。

1.1.2 水轮机的主要结构特点

(1)转轮采用0Cr16Ni5Mo不锈钢材料制造 ,叶片采用VOD(真空吹氧脱碳)精炼。转轮的上冠和下环设有止漏环,上冠设有梳齿。转轮上冠设有转轮泵,并充分利用止漏环的漏水作为机组技术供水的辅助水源。

(2)主轴采用中空锻焊式结构,主轴的水机端法兰为外法兰结构,发电机端法兰也为外法兰结构。主轴与转轮靠摩擦传递转矩。

(3)主轴密封装置设置在导轴承下方,主轴穿过顶盖的部位,采用无接触密封,不需要水润滑。

(4)蜗壳外设弹性垫层,蜗壳材料为Q345C钢板。

(5)顶盖上设置铜基石墨自润滑导叶轴承和导叶轴颈密封。其上设有梳齿止漏环,材料均采用0Cr13Ni4Mo。

(6)为了使水轮机在导水叶部分开启状态下稳定运行,在发电机上端设置中心补气装置。补气管通过轴系内孔延伸至转轮上冠出口,补气管通径DN150。

1.2 发电机型号及结构特点

1.2.1 发电机主要参数

发电机型号SF10-16/3250,额定容量12500kV.A,额定功率10 000 kW,额定电压10500 V,额定电流687.3 A,额定功率因数0.80(滞后),额定频率50 Hz,额定转速375r/min ,飞逸转速793r/min,励磁方式自并激微机静止可控硅励磁,旋转方向俯视顺时针,效率95.0%(保证值),转子转动惯量GD²130t• m²。

1.2.2 发电机结构主要特点

(1)本发电机为立轴悬式结构,并具有上、下导轴承。推力轴承位于上机架之上部,与上导轴承分开,单独使用1个油槽 。

(2)发电机冷却方式为密闭自循环空气冷却,空气冷却器采用铜质穿片式冷却器。冷却器按0.5MPa的最大水压设计 。

(3)发电机转子由中心体、磁轭和磁极组成,转子采用无风扇结构。转子轮毂采用ZG20SiMn。

(4)发电机制动方式为机械制动。当机组转速降至额定转速的20%~30% 时 ,通入压力 为0.5 ~ 0.7MPa的压缩空气进行连续制动。

(5)发电机消防采用水喷雾灭火方式,灭火环管分别布置在发电机定子线圈的上下两端,上下分别设有满足定子、转子线圈消防的喷雾头。

(6)本发电机分别在上、下导轴承油槽与推力轴承油槽的上、下端设置了防油雾装置。

1.3 辅助设备

1.3.1 起重设备

(1)主厂房桥机。机组安装时主厂房内吊运的最重件为发电机转子,质量约45t,加上起吊工具和平衡梁,最大起吊质量约为46t ,选用1台500 kN电动双梁单小车桥式起重机,跨度12 m。

1.3.2 进水蝶阀

进水蝶阀为双平板、双偏心的通流式,设液压操作的卧轴式活门,工作为硬橡胶软密封,检修密封为金属硬密封。蝶阀通过上、下游延伸管段和伸缩节与压力钢管和水轮机蜗壳连接,伸缩节放置于进水阀的下游侧,开启、关闭时间在90s内完成。

进水阀型号为PDF250-WY-100,设计压力为1.0 MPa。油压装置型号为YYZ-3,额定工作油压为16 MPa 。

1.3.3 调速器

本电站在系统中担任基荷等作用,因此要求其调速器稳定性好、灵敏度高,调节品质优良、精度高、动态性能指标良好。最终,选用的调速器为数字式微机型高油压YWT-6000调速器,机电合柜、导叶单调节方式。

调速系统额定操作油压16MPa,操作用油为L-TSA 32 透平油。

2辅助系统设计介绍

2.1 技术供水系统

机组技术供水采用减压自流供水方式,供水对象为机组各轴承冷却器和发电机空冷器;顶盖供水作为备用水源。

机组供水以压力钢管减压供水为主,为了简化供水系统管路,顶盖供水直接接入空冷器进出水总管上,当顶盖供水不满足水压、水量要求时,直接排入下游尾水。技术供水系统取水口设2个,分别自每台机组的压力钢管取水,形成全厂技术供水高压总管。

2.2 厂内检修渗漏排水系统

(1)检修排水系统.设置2台检修排水深井泵,同为工作泵。因水泵排水管管路较长,在水泵出口设有排气阀和泵控阀,并适当加大排水管管径,有利于减小水击压力对管路和设备的危害。

(2)渗漏排水系统。水力机械辅助系统防震设计的重点是厂房渗漏排水系统。当地震发生时,厂房设备有可能被损坏,水系统管路可能被破裂而导致漏水,厂房水工建筑物漏水也可能会增加,因此应适当加强厂房渗漏排水系统排水能力。在不增加厂房尺寸的前提下,渗漏集水井有效容积设计尽量大,排水设备选用3 台 深井泵(2台工作,1台备用)。另设1台潜水排污泵,作为集水井清淤用,特殊条件下作为排渗漏水备用泵。

2.3 大坝排水系统

电站首部大坝设有大坝渗漏集水井及排水泵房,设2台渗漏排水井用潜水泵,1 台工作,1台备用。井内设1套浮子式水位计、1套压电式水位计,互为备用。水泵排水排至下游河道,水位信号送至大坝值班室。

2.4 低压气系统

低压气系统主要供气对象为机组制动、检修和水轮机主轴密封用气,最大工作压力为0.8 MPa,储气罐设计压力为0.88 MPa。机组制动按1次压气设计,适当留有余量。为增加机组制动供气可靠性,把检修贮气罐的供气口与制动贮气罐供气口相连接,管路之间设止回阀,使检修气罐成为制动气罐的备用气源。选用2台低压螺杆式空压机,设1 个 3 m³ 制动储气罐、1 个3 m³的检修储气罐 。

2.5 油系统

(1)透平油系统。本工程单台机组透平油用量约3 m³,主要供给机组推力、下导、上导、水导轴承以及油装置用油。

(2)绝缘油系统。由于河湾水电站交通较为方便,考虑暂不设绝缘油库,但保留所有绝缘油所需设备。

2.6 水力监测系统

水力监测系统主要分为两部分,全厂性测量和机组段测量。

(1) 全厂性测量。本电站设置了上游水位、电站毛水头、下游尾水位和拦污栅压差的监测。

(2)机组段量测包括:顶盖压力测量,尾水管进口压力测量,肘管进口压力测量,尾水管出口压力测量,水轮机有效水头,蜗壳进口压力测量,蝶阀前压力测量,机组震动和大轴摆度测量。

2.7 消防供水系统

(1)主要机电设备消防供水对象。消防供水系统主要供2台发电机、2台主变消防用水及厂内外建筑消防用水,发电机消防和主变消防用水采用水喷雾灭火方式。

(2)消防水源。本电站在主厂房上游侧山坡设有100 m³消防水池。在引水隧洞放空后,尾水渠内水体为电站可靠水源,故消防水池的补水必须从尾水渠取水,用水泵加压后进行补水。从水池引两根DN250管路至主厂房消防供水总管,形成环路,分别供主厂房、副厂房建筑消火栓用水和发电机、主变压器水喷雾灭火用水。

3 结 语

河湾水电站属小型水电站,其水轮机参数的选择,结合了国 内现有成熟技术和机型进行比较,辅助系统按规范设计。河湾水电站首台机组将于2012年12月运行发电。实践将证明,机组及辅助设备选择是合理的。

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