团滩河水库电站工程水力机械设计方案

团滩河水库电站工程水力机械设计方案1.1电站基本资料1.1.1一级电站（1）电站型式：混合式（2）装机规模：10000KW（3）电站水头 最大水头：Hmax=133.00m最小水头：Hmin=106.00m额定水头：Hr=123.85m（4）水库水位正常水位：480.00m死水位：453.00m（5）尾水位校核洪水位：345.98m设计洪水位：345.76m最低尾水位：338.77m（6）电站设计引用流量：Q=9.6m3/s（7）年平均发电量：3108万kw.h（8）年利用小时数：3108h（9）保证出力：1179kw1.1.2二级电站（1）电站型式：引水式（2）装机规模：15000KW（3）电站水头最大水头：Hmax=145.58m最小水头：Hmin=142.94m额定水头：Hr=144.00m（4）前池水位最高运行水位：333.71m正常运行水位：333.02m最低运行水位：331.07m（5）尾水位校核洪水位：189.15m设计洪水位：188.84m最低尾水位：183.940m（6）电站设计引用流量：Q=13.0m3/s（7）年平均发电量：5031万kw.h（8）年利用小时数：3354h（9）保证出力：2163kw1.2水轮机及其附属设备1.2.1一级电站（1）水轮机型号选择本电站运行水头范围106.00m～133.00m，按照水轮机系列型谱和有关资料，初选适合本电站的转轮型号有HLA575C、HL160、HLD46和HLD08等四种，各转轮模型参数见表7.1-1。各模型转轮参数表表7.1-1转轮型号使用水头(m)最优工况限制工况n′10(r/min)Q′10(m3/s)η10（%）σQ1′(m3/s)η′（%）σHLA575C～20066.20.46293.560.0450.572910.05HL16045～15067.50.5891.50.0570.67890.063HLD46～200680.5591.60.040.6489.20.045HLD08～20070.50.57590.60.0380.62789.50.046从表7.1-1可以计算出各转轮真机情况参数见表7.1-2。各转轮真机情况参数表表7.1-2项目HLA575CHL160HLD46HLD08额定水头（m）123.85123.85123.85123.85额定出力（kw）5208520852085208转轮直径（m）0.950.80.810.85额定转速（r/min）750100010001000额定流量（m3/s）4.84.624.994.64效率（%）9290.889.688.9模型汽蚀系数0.0450.0570.040.038允许吸出高度（m）≤+2.44≤-0.43≤+2.62≤+3.55从表7.1-2可以看出，在额定水头和额定出力相同的情况下：HL160、HLD46和HLD08三转轮直径相差不多，转速相同，HL160效率最高，选择HL160和HLA575C进行比较：a）从转轮的直径来看，HLA575C转轮直径较大，价格稍高；b）从额定转速来看，HLA575C转轮额定转速较低，所配的发电机磁极个数要多于HL160转轮，电机价格稍高；c）从转轮的效率来看，HLA575C转轮的效率较高；d）从抗汽蚀性能来看，HL160转轮吸出高度为负值，要保证机组抗汽蚀性能，厂房相对开挖量较多。综上所述，HLA575C转轮的综合性能最好，土建投资较少，增加的设备投资有限，而每年的电量增益是长期的，多投入设备费用可通过多发电能短期内补偿回来，故本阶段推荐HLA575C转轮。（2）机组台数选择根据本电站的装机容量10000kw，按照规程规范，装机台数以2～3台为宜。如选3台机组，虽然电站运行、调度相对灵活，但机电设备总造价比两台机高，且多一个机组段，厂房长度增加，相应土建投资量较两台机多。两台机方案虽单机容量较大，运行调度不如3台机灵活，但亦能满足电网运行、调度要求。所以本阶段推荐装机两台，单机容量5000kw。选定装机方案机组主要参数及配套设备如下：①水轮机型号：HLA575C-LJ-95额定水头：123.85m额定出力：5208kw额定流量：4.8m3/s额定转速：750r/min效率：92%②发电机型号：SF5000-8/2600额定功率：5000kw额定电压：10.5KV额定电流：343.7A额定转速：750r/min额定频率：50HZ功率因数：0.8（滞后）效率：96%③调速器（组合式，自动补气）型号：BWT-1800（PLC）工作油压：2.5MPa④励磁装置型号：WKL-P⑤进水阀型号：KD741H-25/DN1200公称直径：DN1200公称压力：2.5MPa操作方式：电动⑥自动化元件：按微机配置1.2.2二级电站（1）水轮机型号选择本电站运行水头范围142.94～145.58m，按照水轮机系列型谱和有关资料，初选适合本电站的转轮型号有HLA575C、HL160、HLD10和HLD08等四种，各转轮模型参数见表7.1-3。各模型转轮参数表表7.1-3转轮型号使用水头(m)最优工况限制工况n′10(r/min)Q′10(m3/s)η10（%）σQ1′(m3/s)η′（%）σHLA575C～20066.20.46293.560.0450.572910.05HL16045～15067.50.5891.50.0570.67890.063HLD46～200680.5591.60.040.6489.20.045HLD08～20070.50.57590.60.0380.62789.50.046从表7.1-3可以计算出各转轮真机情况参数见表7.1-4。各转轮真机情况参数表表7.1-4项目HLA575CHL160HLD46HLD08额定水头（m）144144144144额定出力（kw）7813781378137813转轮直径（m）1.10.8410.9额定转速（r/min）750100010001000额定流量（m3/s）6.55.15.525.32效率（%）92.191.088.788.9模型汽蚀系数0.0450.0570.0450.038允许吸出高度（m）≤+3.0≤-0.47≤+3.00≤+4.05从表7.1-4可以看出，在额定水头和额定出力相同的情况下：HL160、HLD46和HLD08三转轮直径相差不多，转速相同，HL160效率最高，选择HL160和HLA575C进行比较：a）从转轮的直径来看，HLA575C转轮直径较大，价格稍高；b）从额定转速来看，HLA575C转轮额定转速较低，所配的发电机磁极个数要多于HL160转轮，电机价格稍高；c）从转轮的效率来看，HLA575C转轮的效率较高；d）从抗汽蚀性能来看，HL160转轮吸出高度为负值，要保证机组抗汽蚀性能，厂房相对开挖量较多。综上所述，HLA575C转轮的综合性能最好，土建投资较少，增加的设备投资有限，而每年的电量增益是长期的，多投入设备费用可通过多发电能短期内补偿回来，故本阶段推荐HLA575C转轮。（2）机组台数选择根据本电站的装机容量15000kw，按照规程规范，装机台数以2～3台为宜。如选3台机组，虽然电站运行、调度相对灵活，但机电设备总造价比两台机高，且多一个机组段，厂房长度增加，相应土建投资量较两台机多。两台机方案虽单机容量较大，运行调度不如3台机灵活，但亦能满足电网运行、调度要求。所以本阶段推荐装机两台，单机容量7500kw。选定装机方案机组主要参数及配套设备如下：①水轮机型号：HLA575C-LJ-110额定水头：144.00m额定出力：7813kw设计流量：6.5m3/s额定转速：750r/min效率：92.1%②发电机型号：SF7500-8/2600额定功率：7500kw额定电压：10.5KV额定电流：515A额定转速：750r/min额定频率：50HZ功率因数：0.8（滞后）效率：96%③调速器（组合式，自动补气）型号：BWT-1800（PLC）工作油压：2.5MPa④励磁装置型号：WKL-P⑤进水阀型号：KD741H-25/DN1500公称直径：DN1500公称压力：2.5MPa操作方式：电动⑥自动化元件：按微机配置1.3调保计算1.3.1一级电站本电站为混合式电站，设有调压井。通过压力管道引水后，至厂房前分岔供水，机组前设DN1200进水主阀，每台机组配一台BWT-1800（PLC）型调速器。根据电站水头范围和机组容量在系统中所占的比例，按设计规范要求，允许最大压力上升值为30%，最大转速上升值为50%。机组GD2=24.5t.m2，压力主管全长370.34m，支管长25.21m。经调保计算，导叶关闭时间整定为4.0秒。当机组甩全负荷时，机组最大转速上升值为30.4%，最大压力上升值为19.9%，满足规范要求。1.3.2二级电站本电站为引水式电站，两台机组由一根压力管道从前池取水，至厂房前分岔供水，在前池压力管道前设工作闸门，机组前设DN1500进水主阀，每台机组配一台BWT-1800（PLC）型调速器。根据电站水头范围和机组容量在系统中所占的比例，按设计规范要求，允许最大压力上升值为30%，最大转速上升值为60%。机组GD2=35.6t.m2，压力主管全长469.164m，支管长31.554m。经调保计算，导叶关闭时间整定为6秒。当机组甩全负荷时，机组最大转速上升值为41.3%，蜗壳压力上升值为22.5%，满足规范要求。1.4辅助机械设备1.4.1厂内起重设备两级电站机组安装和检修时的最重起吊部件均为水轮发电机转子连轴，考虑起吊工具的重量后选取桥机型号，见表7.1-5：电站桥机的选择表7.1-5电站名称一级电站二级电站最重起吊部件重量（t）1825桥机型号20/5t电动双梁桥机32/5t电动双梁桥机工作制度A5A5起升高度（m）1415跨度Lk（m）10.510.51.4.2技术供水系统考虑到技术供水压力等级一般在0.2MPa～0.3MPa之间，一、二级电站额定水头相差不多，且最大水头都小于150m，为确保供水水源和水质的可靠，两级电站技术供水均采用从压力钢管减压取水至清水池，由清水池恒压供给机组的方式。一级电站设置一个有效容积约250m3的清水池，二级电站设置一个有效容积约350m3的清水池，两级电站清水池的正常水位均与水轮机层地坪高程相差35m左右，池内设有液位信号器。每级电站的技术主供水管上都安装有全自动式滤水器，能有效清除管路中的泥砂等杂物，防止冷却器的堵塞而影响运行。1.4.3厂内排水系统（1）冷却水排水一、二级电站机组冷却水均自流直接排至尾水。（2）检修排水检修排水主要是当机组停机检修时，抽干尾水管中的水，一、二级电站检修排水均采用水泵直接将水抽至尾水闸门外的方式。每级电站选用两台DFW65-100（I）/2/3型离心泵，检修抽水时，两台泵同时工作。（3）渗漏排水渗漏水量主要包括厂房水工结构的渗漏水及机电设备漏排水等，参照同类型电站后经估算，一级电站设置一有效容积约30m3的集水井，二级电站设置一有效容积约45m3的集水井。集水井装设液位信号器，渗漏水经水泵抽至下游尾水。一级电站选用两台DFW80-160（I）B/2/7.5型离心水泵，一用一备；二级电站选用两台DFW80-125（I）/2/11型离心水泵，一用一备。1.4.4油系统（1）透平油系统一、二级电站均为立轴混流式机组，在主厂房水轮机层都设有透平油库及透平油处理室。一级电站的油库中均设有3m3净油桶和污油桶各一只，并在油处理室设有LY-30型压力滤油机，ZLY-50型真空滤油机和KCB-3型油泵各一台；二级电站的油库中均设有4m3净油桶和污油桶各一只，并在油处理室设有LY-30型压力滤油机，ZLY-50型真空滤油机和KCB-3型油泵各一台。（2）绝缘油系统绝缘油系统用油设备为主变压器，主要作用是绝缘、散热、消弧。一、二级电站均采用外运方式供油。1.4.5气系统一、二级电站的调速器都能够自动补气，所以不另设中压气系统。为满足机组制动，主轴密封以及吹扫用气的要求，每级电站在水轮机层均设置一低压空压机室，并设有2台1V-2/8型低压空压机和1只3m3低压储气罐（0.7MPa）。1.5电站水力监测系统一、二级电站水力监测包括全厂性测量和机组段测量，各测点数值在微机中反映。全厂性测量设有上下游水位、电站毛水头、厂内集水井水位及调压井水位测量。机组段测量设拦污栅前、后压差，蜗壳进口压力、密封水压力、水轮机流量（蜗壳测流），转轮顶盖压力、尾水管进口真空等，同时还对机组冷却水压力进行监测。1.6采暖通风一、二级电站主、副厂房均为地面式建筑，发电机层及其以上各房间均可以通过窗户达到自然通风、采光、散热的目的，而水轮机层自然排风和采光较困难，需采用电灯照明和机械排风的方式，并在两电站的中控室和办公室安装空调以改善运行人员的工作环境。一、二级电站采用相同的采暖通风设备配置，主要设备见表7.1-6。采暖通风主要设备表表7.1-6序号名称型号主要参数单位数量备注1轴流风机T4-72-11.No4A风量：3220m3/h功率：0.42kw台2水轮机层廊道两端各1台2轴流风机T4-72-11.No3.5A风量：2530m3/h功率：0.26kw台2低压空压机室和透平油室各1台3轴流风机T4-72-11.No2.8A风量：1120m3/h功率：0.12kw台1主阀层4柜式空调3P制冷量：7300w制热量：10100w循环风1000m3/h总功率：4.5kw台3主控室2台，办公室1台1.7水力机械设备的布置1.7.1一级电站（1）水轮机的安装高程本电站水轮发电机组为立式布置。水轮机安装高程按下式计算：式中—1台机组50%额定流量时所对应的下游尾水位，338.77m；—转轮中心至最低尾水位之间的高度，1.22m。根据计算，机组安装高程为339.99m，尾水管出口淹没深度为0.59m，满足规范要求。（2）厂房厂房地坪高程345.600m，全长29.4m，宽21.3m，其中安装场长度9.0m，机组间距8.4m，桥机跨度10.5m，轨顶高程354.000m。1）发电机层本层地面高程为345.600m，主厂房右侧设安装场，与发电机层同高程。本层布置有两台立轴混流式水轮机，调速器布置在第二象限，机旁盘位于上游侧副厂房内，机组下游侧作为作业通道。2）水轮机层本层地面高程为341.000m，在右侧设有空压机室、透平油室和油处理室。3）主阀层本层地面高程为337.800m，在一端设有渗漏集水井和两台渗漏排水泵。1.7.2二级电站（1）水轮机的安装高程本电站水轮发电机组为立式布置。水轮机安装高程按下式计算：式中—1台机组50%额定流量时所对应的下游尾水位，183.94m；—转轮中心至最低尾水位之间的高度，1.31m。根据计算，机组安装高程为185.25m，尾水管出口淹没深度约0.59m，满足规范要求。（2）厂房厂房地坪高程191.70m，全长29.4m，宽21.3m，其中安装场长度9.0m，机组间距8.4m，桥机跨度10.5m，轨顶高程200.10m。1）发电机层本层地面高程为191.70m，主厂房右侧设安装场，与发电机层同高程。本层布置有两台立轴混流式水轮机，调速器布置在第二象限，机旁盘位于上游侧副厂房内，机组下游侧作为作业通道。2）水轮机层本层地面高程为186.20m，在右侧设有空压机室、透平油室和油处理室。3）主阀层本层地面高程为183.00m，在一端设有渗漏集水井和两台渗漏排水泵。1.8水力机械主要设备汇总表1.8.1一级电站一级电站水力机械主要设备汇总见表7.1-7。主要水力机械及辅助设备汇总表表7.1-7名称规格单位数量备注水轮机HLA575C-LJ-95台2发电机SF5000-8/2600台2调速器BWT-1800台2进水阀KD741H-25/DN1200台2励磁装置WKL-P套2自动化原件按微机配置行车20/5t电动双梁起重机台1油系统透平油桶容积3.0m3只2净油桶、污油桶各一只压力滤油机LY-30生产能力：30/分电机功率：1.0kw台1透平油系统真空滤油机ZLY-50生产能力：50升/分总功率：28kw台1齿轮油泵KCB-3流量：2.0m3/h功率：3kw台1技术供排水系统自动滤水器ZLSG-200设计流量：339m3/h进出口径：200mm电机功率：0.75kw台1技术供水水泵DFW65-100（I）/2/3流量：50m3/h扬程：12.5m汽蚀余量：3m转速：2900r/min电机功率：3kw台2检修排水水