6水力机械、电气及金属结构

6水力机械、电气及金属结构6.1水力机械6.1.1观音峡电站参数(1)水库水位100年一遇洪水位50年一遇洪水位正常蓄水位 发电死水位(2)电站尾水位校核洪水位(P=1%)设计洪水位(P=2%)正常尾水位(Q=2×7.16m3/s)设计尾水位(Q=3.58m3/s)最低尾水位(Q=0m3/s)(3)水轮机水头(净水头)最大水头(机组空载Hmax)最小水头(Hmin)加权平均水头(4)水库性能调节库容死库容总库容(6)其它参数装机容量保证出力(P=85%)多年平均发电量1225.92m1225.42m 1225.0m1210.0m1008.59m1003.35m1003.0m222m209.05m439万m3186万m3700万m32×13MW4435kW年利用小时数3625h引水系统水力损失系数0.060536.1.2机组机型选择电站水头范围为193.0~222m，采用混流式水轮发电机组。适合于本电站的模型转轮有：A339-50、HL120、A41-38、A351-53、A542-50等。其中A339-50、HL120、A41-38属250m水头段转轮，该水头段转轮临界气蚀系数较大，机组最小允许吸出高度均在-6m左右。由于本电站装机容量较小，如果采用250m水头段的模型转轮，真机额定转速为750r/min或1000r/min，采用高一挡水头段的模型转轮，适当加大了水轮机转轮直径，但可以将真机额定转速降为600r/min或750r/min，还可以提高机组允许吸出高度，从而减少厂房开挖。因此本阶段采用A351-53、A542-50模型转轮作为真机参数比选的计算依据。模型转轮主要参数见表6-1。表6-1水轮机模型转轮主要参数表转轮推荐使用水头(m)模型转轮直径D1(cm)最优工况限制工况单位飞逸转速’(r/min)’(r/min)η0(%)(m3/s)Q’1(m3/s)η(%)ns(m.kw)σA351~400~92.90.2090.32387.70.055106.5A542~400~92.50.0150.29785.297.60.04298.3各转轮的机型比较，详见表6-2方案一水轮机转轮直径小，因此水轮机造价稍低；方案二机组允许吸出高度值大，可以相对提高机组安装高程，减少基础开挖；600、750r/min两挡转速均为高转速机组，方案二机组额定转速低，对提高机组的稳定运行有好处。从机组允许吸出高度、效率、转轮直径、机组转速、机组造价等各方面比较后本阶段选择方案二。序号方案一1234m5m6r/min7m3/s89水轮机额定工况%%水轮机允许吸出mtt6.1.3初拟定的机组主要参数(1)水轮机HLA542-LJ-145转轮直径D1额定出力额定水头201.0m额定流量7.44m3/s额定转速600r/min飞逸转速1022r/min额定点效率允许吸出高度+0.44m(2)发电机SF13-10/2840额定容量16.25MVA额定电压额定电流859.2A额定频率50HZ功率因数0.8(滞后)额定转速600r/min飞逸转速1022r/min飞轮力矩50t.m26.1.4调节保证计算经计算，取导水机构直线关闭时间为6.0秒。最大速率上升发生在额定水头下，两台机组同时甩额定负荷时，引水系统∑LV值为1675.8m/s（算至调压井），其最大速率上升率为β=52.9%。最大水锤压力发生在最大水头下，两台机同时甩额定负荷时，引水系统∑LV值为1603.2m/s（算至调压井其最大压力上升率ξ=24.3%，蜗壳末端最大绝对压力值为282m水柱。6.1.5辅助设备(1)调速器电站在系统中担任调峰任务，要求调速器有较高的灵敏度，良好的运行稳定性和过渡过程调节品质，选用具有PID调节规律的微机电液调速器。经计算，调速功约为2950Kg·m，每台机组配GYT-3000型高油压免充气微机调速器一台，工作油压为16.0MPa，调速功为3000(2)进水阀根据计算，每台机组进口前装设一台重锤球阀，型号为QF-230-WT-110，公称直径φ1.10m，液压操作，操作油压为16.0MPa，球阀设计压力为3.0MPa。(3)桥式起重机在主变不进场检修的情况下，主厂房内最重吊运件为发电机转子，带轴重量初估为36t，本阶段选用一台50/10t电动双梁慢速桥式起重机供机组安装，检修时使用。起重机跨度为12.5m。6.1.6辅助系统(1)技术供水系统技术供水系统主要用于发电机空气冷却器、轴承冷却器、水轮机主轴密封、厂内生活等用水。初步估算，每台机组用水总量为160m3/h。电站水头范围为190-222m，对技术供水方式比较了水泵供水、水泵加中间水池、顶盖供水等方案，剖析每个方案的优缺点，结合本电站特点，最终选定了水泵供水作为主供水方式，顶盖供水作为备用供水方水泵供水采用单元供水方式，水泵从电站尾水取水。本电站共设3台技术供水泵（Q=180m3/h，H=32m），其中2台工作，1台备用。(2)排水系统厂内排水系统由渗漏排水和检修排水系统组成。渗漏排水系统：将各渗漏水源汇集至渗漏排水集水井，用二台自吸离心泵（流量Q=88m3/h，扬程H=16m）将水排至下游尾水，集水井有效容积约为40m3。水泵的启动由缆式液位信号器自动控制，两台水泵互为备用。检修排水为机组检修时排除尾水管内的积水。由于本电站水头较高，尾水闸门孔口尺寸（2500mm×2300mm）不大，考虑尾水检修闸门漏水量为2.0l/m.s情况下，尾水闸门漏水量为69.1m3/h；上游采用球阀，漏水量很小，初估为5m3/h；尾水管及蜗壳容积初估为60m3，按5h排干计算，排水泵流量为86.1m3/h。因此采用在尾水管底部埋设排水管至尾水平台检修排水集水井中，再用潜水泵(流量Q=100m3/h，扬程H=10m)排除。(3)透平油系统透平油系统主要用于机组润滑用油，经估算，一台机组最大用油量为2.5m3，按1.1倍一台机组最大用油量选用1个3m3净油罐，1个3m3运行油罐。选用1台压力滤油机(Q=2.0m3/h)、1台齿轮油泵(Q=3.0m3/h，H=33m)、1台透平油滤油机(Q=2.0m3/h)。本电站不设绝缘油系统。(4)低压压缩空气系统本系统主要用于机组的制动用气、水轮机检修密封、吹扫和风动工具用气。制动用气量按2台机组同时停机考虑，选用1个2.0m3、0.8MPa储气罐和2台SF-1.2/0.8型空压机。低压气系统额定工作压力为0.7MPa，压气机的起停由储气罐或气管上的压力信号器自动控制。6.1.7水力机械主要设备布置(1)水轮发电机组布置尾水管水平中心线与机组中心线成180°布置，尾水锥管进人门φ0.6m，布置在+Y方向。蜗壳进口中心线与机组中心线距离为1.80m，蜗壳平面控制尺寸：+X向为2.32m，-X向为1.89m，+Y向为1.65m，-Y向为2.07m。蜗壳进人门φ0.6m，布置在水轮机进水阀下游。水轮机机坑内径为3.0m，机坑进人门为1个，门宽1.0m，高2.0m，进人门位于-Y方向。机组采用定子埋入、上机架埋入式布置，风罩内径为5.6m。(2)进水阀布置在每台机组进口设置进水阀，阀门中心至机组中心的距离为5.5m。(3)调速器布置调速器(整体式)布置在发电机层，位于+Y偏-X45°方向。推拉杆布置在水轮机层。6.1.8主厂房主要尺寸的确定(1)机组中心距的确定经对发电机风罩、蜗壳、尾水管最大外形尺寸的比较，其中发电机风罩最大，考虑机组附属设备及主要通道，吊物孔等的布置，以及蜗壳、尾水管混凝土保护层厚度，确定机组中心距为9.0m。(2)厂房宽度的确定厂房上游侧受进水阀吊运控制，下游侧受风罩、蜗壳等尺寸控制，考虑到设备管道布置及通道楼梯等确定厂房宽度为12.5m，桥机跨度为12.5m。(3)安装场安装场设在厂房左端，长7.5m，厂房宽12.5m，由于发电机层与安装场等高，利用部分机组段空间，可满足发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮、水轮机顶盖等安装检修要求。外有公路直接至安装场，可供设备装卸。(4)边机组段附加长度的确定与安装场相邻的机组段附加长度为6.2m，另一端机组段附加长度为6.7m。(5)主厂房总长度主厂房总长度为30.6m。(6)厂房各层高程的确定a.机组安装高程水轮机允许吸出高度Hs值根据额定水头计算，并用最大、最小水头校核。经计算水轮机允许吸出高度Hs=+0.44m。参考了类似电站的装置气蚀系数情况，并考虑尾水管出口淹没深度、地质条件及电站总体布置等情况确定电站安装高程(机组中心线高程)为1001.0m。b.尾水管底板高程尾水管高度为2.54D1，导叶相对高度为0.12D1，因此，尾水管肘管底板高程为997.23m。c.水轮机层地面高程水轮机层地面高程由安装高程，蜗壳进口段半径0.5m和蜗壳上部混凝土厚度1.2m等综合分析确定，经计算电站的水轮机层地面高程为1002.7m。d.发电机层地面高程根据水轮发电机组的尺寸、水轮机机坑进人门高度，确定发电机层地面高程为1009.5m。e.桥机轨道顶高程桥机轨道顶高程按起吊转子高度为4.5m、吊具总高度为1.0m、吊钩至轨顶的极限距离为0.915m，初定轨顶高程为1017.5m。f.厂房顶部高程的确定桥机本体最大高度为2.8m，桥机顶部与厂房顶部之间0.4m留出检修空间，则厂房顶部梁系下部高程为1020.7m。g.安装场高程电站校核洪水位为1009.15m，考虑安全超高及与发电机层、厂区、公路等的连接，初定安装场高程为1009.5m。6.1.9采暖，通风发电厂为地面式厂房，全厂通风以自然通风为主，辅以机械排风和局部空调。其中发电机层及以上均为自然通风，水轮机层下游侧开设防水窗，平时开启，可通风，采光，洪水期间关闭。水轮机层利用设置在上游侧的排风机排风，使气流由楼梯口进入通过水轮机层，排至厂房上游侧墙外。对布置电气设备的励磁变室，厂用变室，高压开关间采用轴流通风机通风。为了满足电气设备的安全运行及改善运行条件，在中央控制室装设冷暖型柜式空调。6.1.10主要机械设备表6-3水力机械主要设备汇总表序号规格单位数量1水轮机HLA542-LJ-145台22发电机SF13-10/2840台23调速器GYT-3000台24压站)16.0MPa台25桥式起重机50/10tLK=12.5m台16.1.11黑峡子水电站水力机械(1)电站参数水库水位50年一遇洪水位20年一遇洪水位正常蓄水位发电死水位电站尾水位校核洪水位(P=2%)设计洪水位(P=5%)正常尾水位最大静水头最小水头加权平均水头921.98m 914.0m913.0m911.53m909.68m902.5m9.0m10.5m水库性能调节库容1.4万m3死库容3.7万m3总库容52万m3其它参数装机容量2×1.0MW多年平均发电量年利用小时数3410h(2)初拟机组参数水轮机叶片安装角度转轮直径额定出力额定水头额定流量额定转速额定点效率发电机额定容量额定电压额定电流功率因数额定转速调速器调速功额定油压GD006-WZ-150+20°1.08MW9.5m13.2m3/s300r/min≥88.0%SFW1000-20/17301.25MVA6.3KV0.8(滞后)300r/minGYT-18001800Kg.m16.0MPa6.2.1接入系统方式太白县地处陕南山区，东临眉县、周至，南接佛坪、洋县，西邻凤县，北与渭滨区接壤，水力资源丰富，位于县境内的石头河、湑水河、太白河、红岩河等5大河流及其59条支流，水能理论蕴藏量41万kw，可开发利用7.4万kw，占理论蕴藏量的18%；截止目前，石头河段已得到基本的开发，总装机1.653万kw，加上太白河的金凤电站（2000kw湑水河上的金龙电站（4×2000kw），原有电站755kw，全县装机已达2.272万kw，占可开发量的30.7%，但仍有5万kw有待开发利用，其中主要集中在湑水河中游段。县110kV变电所以33.6km的110kV输电线路接入宝鸡市马营110kV变电根据县电力部门总体规划，黄柏塬乡用电负荷不会有大幅度增加，因此梯级电站不考虑向近区供电，电能全部外送。由于电站离负荷中心白变，选用LGJ-120输电导线。然后接入相距33.6km的宝鸡市马营110kV下游黑峡子电站以一回35kV出线接入观音峡水电站升压站，选用6.2.2观音峡水电站电气主接线35kV出线，110kV侧采用单母线接方案一主接线简图110kV35kVkV110kV35kV优点1、接线简单、清晰，运行维护方便；2、升压站布置场地小、设备投资省；3、110kV侧接线简单。运行灵活可靠；缺点主变故障或检修时全厂机组停运增加布置场地、增加设备投资可比设备投资设备数量单价（万元）总价（万元）数量单价（万元）总价（万元）主变1290发电机断路器柜33922635kV断路器柜460575路器3247242496合计321377考虑本电站出线为一回35kV线路和一回110kV线路，方案一投资节省，接线简单清晰，维护运行方便，因电站装机利用小时不大，电站主变检修可安排在枯水期进行，因主变检修造成的全厂停运基本可以避免,就经济技术比较而言，方案一明显优于方案二。因此电站初选方案一作为保证厂用电供电可靠性，设置两台0.5MVA厂用变。#1厂用变接在由于大坝离开厂房有一定距离，因此坝区用电由附近的10kV线路供6.2.3观音峡水电站电工二次（2）发电机、变压器、110kV线路的继电保护和测量表计按照规程（3）直流系统选用GZDW-180/220型免维护酸性蓄电池（5）发电机开关、主变各侧开关，35kV线路开关、110kV线路开关设置同期点，同期系统采用自动准同期为主用方式，手动准同期为备6.2.4观音峡水电站通讯电站与电力系统的联络采用光纤通信为主，载波通讯为辅方式，电站的行政和生产调度采用自动程控交换机通讯，其“中继线”与县话局6.2.5观音峡水电站电气设备布置主厂房发电机层上游侧布置水机LCU屏、测温制动屏、励磁屏等。发电机采用共箱封闭母线出线，水机层上游侧设置电缆母线廊道，廊道直通副厂房电缆层。副厂房布置在主厂房右侧，内设中控室、通讯室、10kV开关室、电试室、仪表室、值休室等。中控室内布置有集控台、保护屏、直流成套屏等设备。主厂房上游侧布置#1、#2厂变、#1、#2励磁6.2.6黑峡子水电站电气黑峡子电站距观音峡电站约7km。黑峡子电站以一回35kV出线接入观音峡水电站升压站，选用LGJ-50输电导线。主变型序号单位1台22套23台14台15台16面7面58套29套1套5面1套1面5套1台3台7台9台5面1只2只6只2只1套1套1套1ZR-YJV22-10-米米米米套1台1套1面2米套1套16.3.1观音峡水电站闸门及启闭设备启闭机进行启闭，启闭机数量共4台，单台电动机孔口尺寸为3×3m，进口设平板检修闸门和工作闸门各一扇。闸门孔口尺寸（宽×高）3m×3m。平板检修闸门门门，动水启闭，门估重16t，埋件估重6t,启闭设备选用QPQ630kN型卷考虑发电洞检修及隧洞发生事故的可能性，在发电洞进口拦污栅的下游侧设置事故检修闸门1扇，水库校核洪水位（P=0.51226.66m，门孔口尺寸（宽×高）3.5m×3.5m，门型为潜孔式平面滚轮钢闸门，动闭静启，门估重13.5t，埋件估重5t,启闭设备选用QPQ闭机进行启闭，电动机功率20kW，闸门检修平台高程1225.0m，启闭机在进口设活动式拦污栅1扇,孔口尺寸（宽×垂直高）4.5m×5.5m,埋件估重6t,启闭设备选用QPQ100kN型斜拉式启闭机进行提栅清污，电扇，单套埋件估重0.9t，启闭设备手拉葫芦配单轨小车，型号HS-1.5A配大箭沟水堰处设冲砂闸1扇，闸门孔口尺寸（宽×高）均为1.0m×6.3.2黑峡子水电站闸门及启闭设备（1）黑峡子挡水堰冲砂孔闸门及启闭设备黑峡子挡水堰处设冲砂闸1扇，闸门孔口尺寸（宽×高）均为1.0m头部设直立式拦污栅1扇，拦污栅孔口尺寸为4m×3m，拦污栅重1.5t；进水塔内设平面钢闸门，闸门孔口尺寸3m×2m，重2t，配备2A-150KN6.4.1消防设计原