银盘水电站机电设计
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银盘水电站机电设计
(赵鑫王建华)
摘要: 银盘水电站水轮机正常运行水头变化范围为13~35.12m,额定水头为26.5m,属于运行水头变幅较大的电站。根据该电站水头条件,选择轴流转浆式水轮发电机组。论述了银
盘水电站机电设计技术方案和解决的主要技术问题,包括水轮发电机组选型设计和辅助设施的
配套选择、电气设计、监控、消防等内容。
关键词: 机电设计;电气设计;监控;消防;银盘水电站;中图分类号: TV734 文献标识码: A
1 概述
银盘水电站位于乌江下游河段,地处重庆市武隆县,是乌江干流水电开发规划的第11个梯级,上游与彭水水电站衔接,下游为规划的白马梯级,是具有兼顾彭水水电站反调节任务和
渠化航道的枢纽工程。该工程的开发任务是以发电为主,其次为航运。
银盘水电站主要由挡水建筑物、泄洪建筑物、电站厂房和通航建筑物等组成。大坝坝型采
用混凝土重力坝,坝顶高程227.5m,最大坝高约78.5m,坝顶长度约600.10m,从左至右分别为左岸非溢流坝段、厂房坝段、泄洪坝段、船闸坝段及右岸非溢流坝段。厂房为河床式厂房,
电站装机容量为600MW(4×150MW),保证出力161.7MW,多年平均发电量27.08亿kW•h。
银盘水电站机电设计的主要内容有:水轮发电机组的选型设计和辅助设施的配套选择、电
气设计、监控与保护、通信、消防、泄水闸门和通航设施的电气拖动与控制等,采用的技术方
案和解决的主要技术问题简要论述如下。
2 水轮发电机组
2.1 水轮机型式及参数水平
银盘水电站水轮机正常运行水头变化范围为13~35.12m。电站运行水头属低水头范围且水头变幅大,可供该水头段选择的机型有轴流转桨式和混流式。
考虑到该水头段可供选择的混流转轮较少,且该水头范围是轴流转桨式机型较理想的运行范围,轴流转桨式水轮机的主要优点是效率曲线平坦、单位转速高、稳定性较好,更适用于低水头段且水头范围变化较大的电站。经综合分析比较,轴流转桨方案优于混流方案,因此,本电站选用轴流转桨式水轮发电机组。
根据对国内外大型轴流式水轮机性能参数的统计分析,结合银盘水电站的基本参数及运行特点,本阶段确定的银盘水电站水轮机的性能参数水平如下:
比转速ns 520m•kW左右
比速系数k 2700左右
最优单位转速n′10 132r/min左右
最优单位流量Q′10 1.1m3/s左右
限制点单位流量Q′1 1.63m3/s左右
模型最优效率ηOM ≥92.8%
真机最高效率ηOT ≥94.7%
模型空化系数σm ≤0.64
2.2 机组容量选择
根据银盘水电站基本参数及运行特点,在前期设计成果的基础上(杨家沱坝址,装机容量600MW),分别对单机容量150MW(装机4台)和单机容量200MW(装机3台)两个方案进行综合分析、比较。技术方面,两方案的水轮机在设计、制造、施工、运输、运行维护等方面均是可行的,两方案的水轮机参数水平相当,但4台机方案机组制造难度远小于3台机方案,运行灵活性明显优于3台机方案,厂房施工强度和施工难度也小于3台机方案。经济方面,4台机方案与3台机方案相比,节省投资3040万元,初期运行少发电1.45亿kW•h,正常运行期每年多发电0.012亿kW•h,两方案总体经济指标基本相当。因此,综合技术经济比较,推荐4台机方案,单机容量为150MW。
2.3 水轮发电机组主要技术参数
(1)机组额定转速选择。根据国内主要水轮发电机组制造厂推荐的方案,机组额定转速有75、79、83.3r/min和88.2r/min4种,因75r/min和88.2r/min两种方案的比速系数k 值、最优单位转速不满足要求不予选用,83.3r/min转速方案与79r/min转速方案相比,发电
机重量轻、定子槽电流更合适,其技术经济指标均优于79r/min转速方案,故转速选用83.3r/min。
(2)水轮机安装高程。按相关规范的要求及适用本电站的水轮机空蚀性能,比较了水轮机最大水头、设计水头、额定水头、最小水头以及最小通航流量等工况的吸出高度和安装高程,控制本电站水轮机安装高程的工况为发额定功率工况,确定的水轮机安装高程为176.4m (以导叶中心高程计)。
(3)推荐方案的机组参数。推荐方案机组主要技术参数如下:
水轮机
额定功率 152.6MW
最大水头 35.12m
最小水头 13.00m
加权平均水头 29.66m
额定水头 26.50m
转轮直径 8.8m
额定流量 635.8m3/s
额定转速 83.3r/min
额定效率 92.5%
最高效率 94.7%
安装高程(导叶中心线) 176.4m
比转速 541.2
比速系数 2786
飞逸转速 210r/min
转轮重量 300t
水轮机总重量 1400t
发电机
额定容量 166.7MVA
额定功率 150MW
功率因数 0.9
额定效率 98.3%
额定转速 83.3r/min
额定电压 13.8kV
额定电流 6973A
额定频率 50Hz
发电机冷却方式全空冷
转子重量 680t
发电机总重量 1350t
2.4 机组结构
(1)水轮机。水轮机为立轴轴流转桨式,混凝土蜗壳。从发电机顶部俯视,旋转方向为顺时针。水轮机转轮由轮毂体、桨叶、桨叶操作机构和泄水锥组成。桨叶采用具有良好抗空蚀、磨损性能的不锈钢材料VOD精炼制造,五轴数控机床加工而成。转轮室由上、中、下环组成,采用不锈钢材料制造,适当位置设置1个检修进入门。
机组主轴由水轮机主轴和发电机主轴组成,水轮机主轴采用低合金钢整体锻造而成,中空结构,内设有桨叶接力器操作油管。水轮机主轴与转轮的连接采用摩擦传递力矩的方式。水轮机主轴与发电机主轴采用法兰连接方式。
(2)发电机。水轮发电机为具有上、下2个导轴承的立轴半伞式结构,冷却方式为密闭自循环全空冷。发电机上端轴和发电机主轴上端均与发电机转子中心体连接,发电机主轴下端与水轮机主轴用螺栓连接。推力轴承置于下机架上或推力支架上,上导轴承位于上机架上,下导轴承置于下机架上。发电机上、下机架上均铺有钢盖板,构成发电机风罩。
发电机定子机座采用钢板焊接结构,分瓣运至工地,在工地主厂房安装场拼装组圆焊接,并在安装场叠片,然后整体吊运至机坑,在机坑内安装定子线棒及连线。