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浅谈木瓜溪水电站水力机械辅助系统设计的应用
摘要：木瓜溪水电站共装设2台卧轴混流式水轮发电机组，单机容量1200kW。设计过程中水轮机进水阀采用的是蓄能罐式液动蝶阀，调速系统选用的是高油压一体式微机调速器，同时优化了各辅助设备的配置，以保证整个电站的安全性。基于此，文章就针对木瓜溪水电站水力机械辅助系统的设计进行了详尽的介绍，旨在为今后类似电站的设计提供借鉴和参考。
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1、电站概况
木瓜溪水电站位于贵州省石阡县中坝镇。距离石阡县城13km。电站为径流引水式，由上游木瓜溪水库、首部枢纽建筑物、引水压力钢管及地面厂房组成。水库主要任务为防洪，兼顾灌溉及城市供水。发电厂房布置在水库下游河床左岸，距水库大坝下游150m。电站主要利用弃水发电，共装机2400kW。
2、水轮发电机组主要技术参数
木瓜溪水电站装共设2台1200kW卧轴混流式水轮发电机组，由天津市天发重型水电设备制造有限公司设计、制造、供货。水轮发电机组主要技术参数如表1所示。
表1 水轮发电机组主要技术参数
3、辅助系统设计
3.1 主厂房起重机
主厂房起重机主要用于起吊发电机定子基座、转子、水轮机转轮、导水机构及其他附属设备。机电设备起吊最重件为发电机转子连轴，其重量为7.5t，选用一台10t电动单梁吊钩桥式起重机，跨度为llm，起升高度为18m。
3.2 进水阀
本电站机组采用一管两机的布置形式。引水压力钢管于厂房前分岔为2根支管，分别引至2台机组。在每台机蜗壳进口前设置DT-1400HD741X一10C型卧轴液动蝶阀1台，公称直径为1400mm，设计压力1.OMPa。蝶阀接力器全开、全关时间90~120s(可调)，操作油压为16MPa。蝶阀操作系统主要采用蓄能罐式机械液压系统和PLC电气控制系统，既可现地操作，也可远程控制，便于水轮机与阀门的联锁程序控制及微机集中控制。
3.3 调速器
水轮机调速器采用机械液压柜与油压装置组合为一个整体的结构形式，同时采用机电合柜布置。根据调速功的计算，电站采用YZFT-600F.16.0型具有PID控制规律的可编程数字式调速器。配套的油压装置型号为HYZ.0.025.16，由回油箱、囊式蓄能罐、油泵、组合阀等组成。油压装置额定工作油压为16MPa。
3.4 压缩空气系统
水电站压缩空气系统主要分为中压气系统和低压气系统。
中压气系统的主要供气对象为调速器及蝶阀的油压装置。因本电站调速器及蝶阀均采用额定油压16MPa的蓄能罐式油压装置，故无须另外配置中压气源。
低压气系统主要供气对象为机组制动用气、检修维护用气。考虑本电站规模较小，且距离石阡县城仅有10km，取消了初步设计阶段检修维护用气的专用压缩空气系统，仅配置2台O.6m3/rain，PN0.8MPa小型移动式空压机，用于平时设备检修维护。
电站仅配置2台O.86m3/min、PN0.8MPa螺杆式空压机，及1个1.0m3、PN0.8MPa储气罐供机组制动供气。2台空压机互为备用，每台机均配有相应的控制设备，能实现对本机控制、保护、报警等功能。空压机的起停，由安装在储气罐上的4只单接点压力开关控制，同时通过1只压力变送器将储气罐的实时压力值送至电站计算机监控系统。
3.5 机组技术供水系统
本电站技术供水系统的主要供水对象有发电机空气冷却器和轴承润滑油冷却器。单台机组的技术用水总量为25m3/h。结合本电站水头范围(18.8~32.7m)和过机水质情况，机组技术供水采用自流单元供水方式，从压力钢管取水，经滤水器过滤后供至各机组冷却器。滤水器后设联络总管，两台机取水口互为备用。为确保机组各轴承的冷却效果，在各机组供水管上并联设置一套管道泵，当轴瓦温度较高或技术供水压力不足时，由人工手动投入，以改善机组冷却效果。机组各部位冷却排水管上均设有1个压力开关、1个流量开关和1个RTD温度传感器，用于监测通过轴承冷却水压力、流量及水温。
每台机组的技术供水总管上设有电动阀门和流量开关，通过机组开停机程序控制电动阀门的开启或关闭。机组开机前，先投入技术供水系统，待供水正常后才能开机。机组停机后，延时关闭电动阀门，停止技术供水。
3.6 油系统
水电站油系统一般主要分为透平油系统和绝缘油系统。
本电站透平油系统主要供机组轴承润滑用油和调速系统、进水阀油压装置操作用油。各辅助机械设备用油量如表2所示。
表2 各辅助机械设备用油量 (L)
机组本身的透平油用油量较少，且距离石阡县城仅较近，本电站不再设置油库及油处理设备，仅设置简单的油检测设备，定期对各设备油质进行检测，对不合格的润滑油及时处理或更换。另外设0.5m3移动式加油小车两台，用于为机组添油。
水电站绝缘油系统主要为主变压器和其他需要用油的电气设备提供绝缘油，因本电站所选用主变压器为SC(B)12.400/10.5型干式变压器，且无其他用油电气设备，故无须设置绝缘油系统。
3.7 排水系统
(1) 厂房渗漏排水。厂内渗漏水主要来源于水工建筑物渗漏水、厂房内各层地面排水沟的渗漏水。本电站总渗漏水量为6m3/h，渗漏集水井有效容积为18m3。采用两台65WQC251.3.0.Z型耦合式潜水泵将水排至下游尾水，其中一台工作，一台备用。水泵额定流量为36m3/h，扬程为16m，电机功率为2.2kW。
在集水井内设l套投入式液位变送器和1套浮子式液控装置对其集水井内的水位进行监控，以此控制渗漏排水泵的启停。另外设置了一台投入式潜污泵，用于定期抽除厂房渗漏集水井内的淤泥。潜污泵额定流量为20m3/h，扬程为16m，电机功率为2.2kW。
(2) 机组检修排水。本电站机组安装高程504.0m，允许吸出高度4.0m，机组检修时对应厂房下游尾水位为501.04m，低于检修时需要排除的流道内的积水高程，检修时流道内的大部分积水可通过蝶阀后的排水阀自流排至尾水渠。少部分压力钢管积水可临时排至渗漏集水井，通过渗漏排水泵排至下游尾水渠。综合考虑，本电站不在单独设置检修集水井。
3.8 水力量测系统
水力量测系统分为全厂性测量和机组段测量两部分。
(1) 全厂性测量项目主要包括水库水位、下游尾水水位、拦污栅差压及渗漏集水井水位，均采用投入式液位变送器进行测量。水库大坝上的水位信号均接入坝区的水位监测仪。然后通过水位监测仪送至坝区现地控制单元(LCU)，进而接入电站监控系统。
(2) 机组段测量的项目主要包括蜗壳进口压力、前盖压力、尾水管进口压力、尾水管出口压力、蜗壳差压测流及冷却水压力、流量、水温等。机组振动及主轴摆度采用振动、摆度检测装置。并通过RS485通信方式接入机旁现地控制单元(LCU)，进而接入电站监控系统。
4、结束语
水电站辅助水力机械系统的设计对水电站安全稳定运行至关重要。在设计过程中我方充分结合木瓜溪水电站自身的特点，通过对油、气、水系统的优化从而使整个电站的设计更加合理。同时降低了工程投资，产生了良好的社会效益和经济效益。也为今后类似工程的设计工作提供了借鉴和参考。
参考文献：
[1]DL/T5186-2004,水力发电厂机电设计规范[S].
[2]NBT T35035—2014,水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定Is].
[3]水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册[M].北京:水利电力出版社,1983.
[4]湖北省水利勘探设计院.小型水电站机电设计手册[邮.北京:水利电力出版社,1985.
李南,姚丹.木瓜溪水电站水力机械辅助系统设计[J].工程技术研究,2019,4(12):200-201.
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近些年，在火电机组节能环保的高要求下，我国北方地区建设完成了一批燃气-蒸汽联合循环电厂。考虑到热电联产和电、热负荷调整的灵活性，多数联合循环机组选择采用“凝汽-抽汽-背压”式汽轮机(以下简称NCB汽轮机)。
2023-08-01
现代汽轮机组广泛采用DEH (Digital Electro-Hydraulic Control System)数字电液控制系统进行阀门管理。运行中，汽轮机通过依次(或同步)开启若干个调节阀来增加汽轮机的进汽流量。通常将流量指令(FDEM)或总阀位指令与汽轮机实际进汽流量的数值对应关系视为汽轮机组流量特性。
2023-08-01
低压模块是汽轮机各部件中较为重要的部分，低压模块整体设计的优劣与否直接影响到汽轮机组的稳定性、安全性，并且对汽轮机组总的效率有着重要影响。汽轮机的低压外缸主要由各种不同规格的钢板拼焊而成，结构复杂、尺寸巨大，常规设计往往参考成熟机组的结构。
2023-08-01
我国电力结构逐渐向更高效、清洁方向转型，给超超临界机组的灵活运行提出了更高的要求。在快速启停、快速爬坡、超低负荷运行成为常态的现状下，超超临界锅炉高温受热面氧化皮剥落造成的堵塞爆管和汽轮机固体颗粒冲蚀问题是最突出的问题之一。
2023-08-01
经过近20年的发展，直接空冷系统的散热器和空冷单元型式出现了一些新变化。各种不同类型的空冷散热器和单元型式逐渐涌现。直接空冷单元不同于空冷岛，周边没有建筑物或构筑物的影响。空冷单元四面进风，进风条件优于空冷岛，没有风机间的相互影响。
2023-08-01
为了缩短机组长度及低压转子轴距，有些汽轮机低压外缸与轴承箱通过焊接的方式连接，此种类型的汽轮机低压外缸为复杂焊接薄壁结构，常规设计通常参照成熟机组设计结构或模型试验加上简单的计算确定汽缸结构。这种方法通常可以满足机组正常工作。
2023-08-01
随着城市化建设进程的不断加快，市政基础设施快速发展，排水设施尤其是排水管网的维护和管理属于城市基础设施建设运行的重要组成部分，与人们的日常生产生活密切相关，维护和管理的情况直接决定了市政排水管网设施的完好情况。目前人们对排水管网运维情况的关注和要求逐步提高。
2021-03-22
多级潜水泵作为一种通用机械，已广泛应用于城市排水、建筑供水、矿山开采、海洋资源采集等行业。近年来，随着国家节能减排战略的推进，多级潜水泵作为量大面广的机械产品，对其水力性能的要求也越来越高。长期以来，多级潜水泵的水力优化大多基于性能试验，需要加工模具、反复试制，造成人力与物力的极大浪费。
2020-11-13
农村水电是我国重要的民生水利基础设施，不仅提高了我国农村电气化水平，而且改善了人民群众的生产生活条件，同时在保障经济社会发展方面做出了突出贡献。然而，随着我国经济新常态的发展，农村水电发展迎来新的发展时期，同时也面临着严峻的挑战。自建设初期以来，我国农村水电从起步到发展，再到快速发展，经历了六十多年的发展历程，取得了极大的成就。
2020-08-17
随着水电事业的发展，贯流式水轮发电机组应用在水电站运营中，以其具有的大流量、低水头的优势，为水电资源开发利用给以动力支持。但是，在实际运行中存在的操作隐患也是值得研究的，这关系到我国水利设施建设的发展前景。发电运行管理的任务艰巨而又烦琐，生产设备关系到电站运行稳定性，进行设备的操控首要的是对故障予以排除。
2020-07-16
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期刊名称：水力发电学报
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主管单位：中国科学技术协会
主办单位：中国水力发电工程学会
出版地方：北京
专业分类：水利
国际刊号：1003-1243
国内刊号：11-2241/TV
创刊时间：1982年
发行周期：月刊
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